[发明专利]飞行器、飞行控制装置和确定飞行器中的机动储备的方法

权利要求书

1.一种用于确定飞行器(1)中的机动储备的方法，所述飞行器具有多个驱动单元(3)，优选是垂直起降的多旋翼VTOL飞行器，最优选地是具有用于旋翼(3b)的电动驱动单元的飞行器，所述方法包括以下步骤：

a)确定用于所述飞行器(1)的控制向量τ，τ＝(L M N F)^T，所述控制向量的分量代表所述飞行器(1)绕翻滚轴的控制转矩L、绕俯仰轴的控制转矩M和绕偏航轴的控制转矩N以及总推力F；

b)通过四维椭球体E对所述飞行器(1)现有的四维控制空间D进行近似，所述椭球体的轴代表所述飞行器(1)的所述控制转矩L、M、N以及所述总推力F；

c)使用所述椭球体的轴尺寸L_max、M_max、N_max、F_max，特别是所述椭球体的半轴尺寸确定用于所述飞行器(1)的归一化控制向量τ_ind＝(L_ind M_ind N_ind F_ind)^T；以及

d)至少输出所述归一化控制向量τ_ind，用以在所述四维控制空间的至少一个维度上确定允许的飞行操纵。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中，为了确定所述控制向量τ，通过飞行员的指令设定、直接测量和/或根据所述飞行器(1)的物理模型求得所述控制向量的分量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤b)中，根据所述飞行器(1)的最大允许控制转矩和最大允许总推力来选择所述椭球体的轴尺寸。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在步骤b)中，根据下式由各个所述驱动单元(3)的最大允许推力值u_min，u_max；u_min≤u≤u_max确定所述椭球体的轴尺寸：

τ∈D：＝{τ∈R⁴：τ＝Mu}，其中

u∈U：＝{u∈R^m：u_min≤u_i≤u_max}，

m表示所述驱动单元(3)的数量，其中，i＝1，...，m，M∈R^4×m是控制有效性矩阵，所述控制有效性矩阵以线性关系τ＝Mu为基础。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中分别根据所述总推力F确定所述归一化控制向量τ_ind的所有项。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，所述飞行器(1)绕所述偏航轴的归一化控制转矩N_ind根据所确定的总推力F来确定。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，分别根据所确定的总推力F和所述飞行器(1)绕所述偏航轴的所确定的控制转矩N_ind，确定所述飞行器(1)绕所述翻滚轴的归一化控制转矩L_ind和所述飞行器(1)绕所述俯仰轴的归一化控制转矩M_ind。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在步骤c)中，为了求得所述归一化控制向量τ_ind，使用以下关系式：

其中，将τ₀∈R⁴的分量选择为具有下标“0”的值，这对应于所述椭球体的中心。