[发明专利]一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法

说明书

本发明公开的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，通过建立固定翼模式和多旋翼模式的非线性运动学和动力学模型，以及固定翼模式和多旋翼模式的姿态控制系统，姿态控制系统采用PD控制器和区间二型模糊神经网络的结合，采用组合设计能够保证模糊神经网络在参数学习时的飞行器稳定性，其次也减少了复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式的控制误差，提高了控制的精度，保证了固定翼模式姿态控制系统和多旋翼模式姿态控制系统在工作时互不干扰，提高飞行的稳定性。

技术领域

本发明属于飞行器控制技术领域，特别涉及一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法。

背景技术

近几年来，复合翼垂直起降无人机引起了大量研究人员的关注。固定翼和旋翼的复合设计使其成为具有垂直起降、定点悬停、低速稳定飞行能力的旋翼无人机和具有高效、高速飞行能力的固定翼无人机的完美结合体。

复合翼垂直起降无人机不需要跑道以及配套的保障设施和相关工作人员，可以被部署到城市街道、山地丘陵、森林沙漠等地面环境复杂的地方，在石油管道巡检、电力巡检、土地测绘、森林防火、环境保护等领域得到广泛的应用。

复合翼垂直起降无人机有两套动力系统，当无人机以固定翼模式飞行时，旋翼的结构会产生扰动；处于旋翼模式时，固定翼舵面和动力机构的转动惯量相较正常运行时增大，机动能力减弱，抗风能力变差；处于转换模式时，其数学模型非线性较强，不易解析。

目前复合翼垂直起降无人机常用的姿态控制算法为比例积分微分(PID)算法，在旋翼和固定翼飞行模式下，PID参数不同，且过渡模式根据空速或时间对控制结果进行权重分配。PID不依赖无人机模型，原理简单且适用面较广，但由于该算法的不确定性，会导致模型控制性能不佳、易产生超调和振荡、且具有鲁棒性差等问题。

随着复合翼垂直起降无人机的应用越来越广，对于任务精度的要求也相应提升，因此提高无人机在自身精确模型缺失、复杂工作环境(例如内部传感器噪声和多风和恶劣天气中)以及自身重量改变(例如携带任务载荷和动力燃料)等情况下的鲁棒性变得极为重要。迫切需要发展一种更为高效的复合翼垂直起降无人机姿态控制方法，以提高其姿态控制的鲁棒性和自适应能力。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，可以在模型不确定、工作环境复杂以及无人机参数改变等情况下保持控制器的鲁棒性和稳定性，提高姿态跟踪精度。

本发明采用如下技术方案来实现：

一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，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。

优选的，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：