[发明专利]一种倾转旋翼无人机的混合飞行方法

权利要求书

1.一种倾转旋翼无人机的混合飞行方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立地面坐标系{x y z}和机体坐标系{x_B y_B z_B}；

S2：获取无人机的机体自身状态向量X；并计算无人机当前空速v_a，其中，

X＝[q，p，v，ω]^T (1)

其中，p为地面坐标系下的三维坐标，q为机体对于地面的四元数，v为地面坐标系下的三个方向速度，ω为机体三轴角速度；其中，

p＝[x，y，z]，q＝[qx，qy，qz]，v＝[v_x，v_y，v_z]，w＝[w_x，w_y，w_z] (2)

其中，x，y，z为地面坐标系下的无人机质心的坐标；

通过将机体坐标系上的x_B轴转到地面坐标系即得到无人机机头方向向量x_ahead，

其中q^*表示对四元数q求共轭；

无人机当前空速v_a计算公式如下：

v_a＝v·x_ahead (4)

S3：获取目标航点P，其中，

P＝[x_ref，y_ref，z_ref] (5)

其中，x_ref，y_ref，z_ref为目标航点P在地面坐标下的x轴、y轴以及z轴的坐标；

S4：设定无人机的椭球形的可到达区域指标并与精度设定值比较；计算归一化误差航点坐标；其中，可到达区域指标为：

为设定值，当越大，无人机到达目标航点P的精度就越高；a、b以及c为设定可到达区域的参数，通过人为调整获取，且a＜b，a＜c；

公式(6)中的x、y以及z由公式(2)中获取，x_ref、y_ref以及z_ref由公式(5)中获取；

归一化误差航点坐标P′为：

当时，证明目标航点P在无人机的可到达区域内，则逐渐减小空速v_a，并以一定比例减小，使得v_a会收敛为0，即，

当时，证明目标航点P在无人机的可到达区域外，此时通过位置方向判断公式判断航点是否在无人机的前方，判断公式为：

P′·x_ahead＞C (9)

其中，x_ahead为无人机当前机头的方向向量，可由公式(3)可得；C为常数；具体地，当公式(9)成立时，确认目标航点P在无人机的前方，则逐渐增加空速v_a，并以一定比例增大，使得v_a会收敛为即，

公式(9)不成立时，按照上述时处理；

当时，同时需要取下一个航点，继续进行判断，直到或者为最后一个航点；

其中为无人机在固定翼飞行模式下的参考飞行空速；为常数；初始时的v_a由公式(4)可得；本步骤中的表示下一个状态时的空速v_a；

S5：计算倾转角θ_tilt，其中，

S6：根据倾转角θ_tilt、旋翼控制器以及固定翼控制器混合得出控制器输出U，其中非线性混合公式如下：

U＝(1-sin(θ_tilt))U_mc+sin(θ_tilt)U_fw (12)

其中，U_mc为旋翼控制输出，

U_mc＝[u₁ u₂ u₃ u₄ ... 0 0 0 0 ...]^T (13)

U_fw为固定翼控制输出，

U_fw＝[u₁ u₂ u₃ u₄ ... u′₁ u′₂ u′₃ u′₄ ...]^T (14)

u₁、u₂、u₃、u₄...为多个旋翼电机的各个输出；u′₁、u′₂、u′₃、u′₄...为多个固定翼电机的各个输出；

S7：将控制器输出U作用到倾转旋翼无人机中；

S8：重复S2-S7。