[发明专利]变桨距多旋翼飞行器的控制方法

权利要求书

1.一种变桨距多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立变桨距多旋翼飞行器的电机-螺旋桨驱动模型，并确定变桨距多旋翼飞行器所需推力的电机-螺旋桨组合；

设置变桨距多旋翼飞行器的原始坐标系和惯性坐标系，用四元数描述惯性坐标系内飞行器的姿态，得到其动态模型；

根据基于原始坐标系的误差四元数得到基于比例-微分控制的内环姿态控制策略；

根据所述基于比例-微分控制的内环姿态控制策略对所述变桨距多旋翼飞行器进行控制。

2.根据权利要求1所述的变桨距多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，当螺旋桨桨距为常数时，电机速度为电机电压的函数，电机动力学模型是电机速度ω的一阶微分方程，给定电机输入电压，电机转速的响应为：

$I\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\[(v-\frac{\mathrm{\ω}}{K_V})\frac{1}{R}-i_0\]\frac{1}{K_Q}-T_L,$

其中，v为电机输入电压，ω为电机转速，剩余参数均为常量，I为电机和螺旋桨的惯性矩，K_V为电机电压常数，单位为rad/s/v，R为电机内阻，i₀为空载电流，K_Q为扭矩常数，单位为Amp/Nm，T_L为负载扭矩。

3.根据权利要求2所述的变桨距多旋翼飞行器的控制方法，其特征在于，当桨距变化时，电机速度表示为电压和桨距角的函数，电机-螺旋桨动力学模型为电机转速ω的非线性模型，给定电机输入电压和桨距角后，电机转速的响应由下式表达：

$I\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\[(v-\frac{\mathrm{\ω}}{K_V})\frac{1}{R}-i_0\]\frac{1}{K_Q}-b_{D_1}{\mathrm{\ω}}^2-b_{D_2}{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\α}}^2-b_{D_3}\mathrm{\ω}\mathrm{\α},$

其中，α为输入的螺旋桨桨距角，和均为电机螺旋桨参数组成的常数。