[发明专利]一种复合翼无人机自动驾驶仪及其采用的控制方法

摘要

本发明公开了一种复合翼无人机自动驾驶仪及其采用的控制方法，通过本发明提供的自动驾驶仪的硬件架构和控制器中的控制制导算法，解决多轴和固定翼的协调控制问题，实现了复合翼无人机的全状态全自主航线飞行。

主权项

1.一种复合翼无人机自动驾驶仪采用的控制方法，用于机身上设置有水平螺旋桨、三组气动舵面及多个垂直螺旋桨的复合翼无人机飞行姿态控制，各组气动舵面分别用于改变所述复合翼无人机的滚转、俯仰和偏航力矩，其特征在于，所述控制方法的实现依赖于以下自动驾驶仪：包括控制器、信号采集模块及作动器信号输出模块，所述控制器的信号输入端与信号采集模块的数据输出端相连，作动器信号输出模块的信号采集端连接于控制器的数据输出端上，其特征在于，所述控制器包括一块数据处理器，还包括数据融合模块，在信号采集模块中，使用不止一个采集单元采集同一种信号时，针对此信号的采集单元的信号输出端均连接在数据融合模块的输入端上，数据融合模块将所得数据进行数据融合得到唯一的状态数据后，再将状态数据传送给数据处理器；所述控制方法包括依次进行的以下步骤：步骤一，垂直起飞；步骤二，复合加速；步骤三，固定翼飞行；步骤四，复合减速；步骤五，垂直降落；所述复合加速步骤的实现方式为：步骤二开始的判据为无人机到达预设复合加速状态最低高度且姿态和高度稳定；步骤二的控制方法为：操作水平螺旋桨开始工作，克服无人机气动阻力增加前向速度；协调控制多个垂直螺旋桨转速，使飞行高度跟随高度控制指令；协调控制多个垂直螺旋桨转速和气动舵面偏转角度，调整无人机姿态，其中俯仰姿态指令使无人机的攻角不超过无人机失速攻角的30%；所述复合减速步骤的实现方法为：开始的判据为无人机达到五边降落航线的侧风边起点；步骤四的具体控制方法为：在侧风边起点盘旋降高至预设盘旋最低高度，之后调整航向，依次通过五边降落航线的侧风边和下风边，在此过程中降低飞行速度，之后进入五边降落航线的底边，在底边降低高度和速度，在底边终点达到预设降落高度，而后进入五边降落航线的进场边，进场边中段位置设置决断窗口，所述决断窗口为竖直矩形，所述竖直矩形法线为当前航线的水平投影，所述竖直矩形左右两边沿当前航线水平投影左右对称，所述竖直矩形上边的高度为预设决断高度上限，所述竖直矩形下边的高度为预设决断高度下限；若无人机通过决断窗口且在速度不大于预设决断速度，则开始以下控制操作：垂直螺旋桨开始工作，水平螺旋桨停转，协调控制垂直螺旋桨转速和3组气动舵面偏转角，调整无人机姿态、速度和高度，其中俯仰姿态指令使无人机的攻角介于50%至80%之间；若无人机未进入决断窗口或进入决断窗口的速度大于预设决断速度，则进行以下控制操作：垂直螺旋桨保持停转，控制水平螺旋桨转速，使无人机加速爬升，重新进入侧风边起点，重复步骤四。