[发明专利]多构型飞行汽车的飞行控制系统、控制板卡及控制方法

说明书

本发明提供多构型飞行汽车的飞行控制系统、控制板卡及控制方法，属于交通工具系统技术领域，解决飞行汽车在多任务、多模式下存在较大范围质量和环境不确定性的飞行稳定控制和飞行安全问题；飞行控制系统包括：自主决策系统，用于在飞行汽车执行任务的过程中，综合用户指令和传感器数据，自主进行决策任务；在线辨识神经网络算法模块，用于依据传感器数据，适应飞行汽车质量和构型变化，在线辨识质量特性参数；自适应反步制导及姿态控制算法模块，用于综合质量不确定性和外界扰动的影响，对质量特性参数进行修正；优先级混控器，用于依据飞行汽车电机几何特性，得到控制输出与电机间的映射关系；本发明提升了飞行汽车的自主性、鲁棒性和安全性。

技术领域

本发明属于交通工具系统技术领域，应用于飞行汽车中，具体为多构型飞行汽车的飞行控制系统、控制板卡及控制方法。

背景技术

飞行汽车作为一种新兴的陆空两用飞行器，已被视为可解决城市交通问题的未来交通工具。其中，部分电动式的飞行汽车具有可垂直起降的特点，因此具有优异的陆空转换能力和较好的经济性能，于是成为了未来发展的热点。分体式飞行汽车则是将飞行汽车的各个部件进行分布式模块化设计，可在不同控制模式之间切换，能够实现城市立体化交通出行和军事运输等多种任务。

飞行控制系统是飞行汽车的核心系统，需要解决飞行任务的决策、状态感知、制导与控制等关键问题；飞行控制系统的设计更是关系到飞行汽车的安全性和经济性。目前对于飞行汽车的飞行控制系统，虽然有借鉴现有飞行器的设计，但均存在着一些特殊问题。

目前飞行汽车的飞行控制系统所具有的难点问题如下：

1、针对分体式飞行汽车而言，由于其任务的多变性和复杂性，分体式飞行汽车需要根据不同任务，在不同控制模式之间切换，而且在执行一项任务时也通常涉及到多种控制模式之间的切换；因此难点在于如何协同任务规划问题来对飞行汽车安全问题进行合理设计。

2、分体式飞行汽车在不同控制模式下具有不同的构型，这种多构型特点导致其自身的质量、转动惯量和外界干扰等因素均会发生较大变化，而且质量特性变化的幅度和时刻往往是未知的。与常规飞行器相比，飞行汽车的这种变化存在的不确定性一般更加剧烈，飞行汽车在进行载人或载物运输时，相应的载重质量占飞行汽车总质量的最大比例能够达到35％，因此这种幅度的质量变化往往难以依靠单一的自适应算法进行调节。

3、对于分体式飞行汽车的飞行控制系统，如何实现其自主性，以解决分体式飞行汽车所面对的多任务场景、多控制模式以及存在较大范围质量和环境不确定性的飞行稳定控制和飞行安全问题。

发明内容

本发明通过为多构型飞行汽车设计适用的飞行控制系统，使飞行汽车能依据用户指令或机载传感器信号来在线决策飞行任务和进行应急安全管理；同时结合神经网络在线参数辨识和相应的自适应制导控制算法，对多构型飞行汽车挂载的质量特性在线辨识后，自主调整控制参数，从而适应质量和环境的大不确定性；本发明提升了飞行汽车的自主性、鲁棒性和安全性，使飞行汽车在实际运行过程中能更好的应对任务的多变性和复杂性。

本发明采用了以下技术方案来实现目的：

一种多构型飞行汽车的飞行控制系统，包括自主决策系统、在线辨识神经网络算法模块、自适应反步制导控制算法模块和优先级混控器；

所述自主决策系统用于在飞行汽车执行多类飞行任务的过程中，综合用户指令和传感器数据，自主进行决策任务；所述决策任务包括飞行任务管理、飞行模式切换和应急安全管理；

所述在线辨识神经网络算法模块用于依据传感器数据，适应飞行汽车的质量和构型的变化，在线实时辨识飞行汽车的质量特性参数；

所述自适应反步制导及姿态控制算法模块用于综合质量不确定性和外界扰动对飞行汽车的影响，对质量特性参数进行修正，并使用包含质量观测器的轨迹外环自适应反步法调整制导控制参数，使用包含扰动观测器的轨迹内环自适应反步法调整姿态控制参数；