[发明专利]一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法

权利要求书

1.一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立复合翼垂直起降无人机，在固定翼模式或多旋翼模式下的非线性运动学和动力学模型；

步骤2、构建复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式下的姿态控制系统；

所述姿态控制系统包括PD控制器和区间二型模糊神经网络；

所述PD控制器的输出，用于训练区间二型模糊神经网络；

所述PD控制器输出和区间二型模糊神经网络输出的差，用于输出姿态控制指令控制；

步骤3、将步骤1非线性运动学或动力学模型的反馈输入至姿态控制系统，得到固定翼模式或多旋翼模式下的姿态控制指令，根据姿态控制指令控制复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式下的飞行姿态；

当复合翼垂直起降无人机在转换模式下飞行时，将步骤3替换为如下步骤：

根据固定翼模式和多旋翼模式的控制系统，设计转换模式控制器，转换模式控制器根据空速变化计算加权系数；

根据固定翼模式和多旋翼模式的加权系数，分别确定固定翼执行机构和多旋翼执行机构的伺服指令；

根据伺服指令控制复合翼垂直起降无人机在转换模式下的飞行姿态。

2.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，步骤1中所述固定翼模式的线性运动学和动力学模型如下：

其中，u为空速，v为迎角，w为侧滑角，φ为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角，p为滚转角速率，q为俯仰角速率，r为偏航角速率，x_g和y_g分别为地面坐标系中x轴位移和y轴位位移，h为飞行高度，m为复合翼垂直起降无人机的质量，g为重力加速度；

[I_xx I_yy I_zz]为机体坐标系的三轴转动惯量，I_xz为惯性积，[F_x F_y F_z]为合外力在机体坐标系三轴的分量，[M_x M_y M_z]为合外力矩在机体坐标系三轴的分量。

3.根据权利要求2所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述固定翼模式的线性运动学和动力学模型的姿态控制输入为升降舵偏角、方向舵偏角和副翼舵偏角，反馈量为俯仰角、滚转角和偏航角。

4.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，步骤1中所述多旋翼模式的线性运动学和动力学模型如下：

其中，d为旋翼电机到机体重心的距离，[G_φ G_θ G_ψ]为旋翼螺旋桨的陀螺力矩，C_T和C_M分别为螺旋桨的拉力系数和转矩系数，[ω₁ ω₂ ω₃ ω₄]为螺旋桨转速，[τ_x τ_y τ_z]为机体坐标系的三轴力矩，[I_xx I_yy I_zz]为机体坐标系的三轴转动惯量，φ为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角。

5.根据权利要求4所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述多旋翼模式的线性运动学和动力学模型的姿态控制输入为机体坐标系的三轴力矩u_mc＝[τ_x τ_y τ_z]^T，反馈量为俯仰角、滚转角、偏航角；

所述区间二型模糊神经网络的输入为期望姿态角与反馈姿态角偏差及期望姿态角与反馈姿态角偏差的导数。