[发明专利]一种复合式旋翼飞行器全模式飞行控制方法

摘要

本发明公开了一种复合式旋翼飞行器全模式飞行控制方法，首先应用非线性系统模型线性化理论快速有效求解多种模式基准飞行状态下动态逆模型控制器；随后，采用神经网络补偿多模式动态逆模型存在的误差；最后，采用自适应终端滑模保证全模式飞行控制系统的稳定性，快速性和鲁棒性。本发明的一种复合式旋翼飞行器全模式飞行控制方法分别在姿态回路和速度回路中设计了动态逆自适应终端滑模控制方法，可实现复合式旋翼飞行器在设定的有限时间内完成系统指令跟踪，收敛性较好，且飞行系统具有较好的鲁棒性，可实现飞行器全包线全模式飞行，飞行过程中不需要切换控制器，降低了飞行系统的复杂程度，提高了飞行器模式切换的安全性。

主权项

1.一种复合式旋翼飞行器全模式飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、选取复合式旋翼飞行器动力学模型，根据复合式旋翼飞行器飞行任务，得到飞行系统期望速度跟踪指令，期望速度跟踪指令包括：期望前飞速度uc，期望升降速度vc和期望偏航速度wc，并将期望速度跟踪指令作为控制器的输入量；步骤二、分别设计速度回路和姿态回路控制结构，速度回路作为外回路，为姿态回路提供期望姿态控制指令，期望姿态控制指令包括：期望俯仰角θ_c、期望偏航角期望滚转角ψ_c；姿态回路作为内回路，可使复合式旋翼飞行器通道解耦，增强系统的稳定性；步骤三、设计速度回路动态逆自适应终端滑模控制方法，通过动态逆控制器，得到复合式旋翼飞行器操纵变量同时，设计结合神经网络的自适应终端滑模控制器模块，得到速度增量U_a1+U_t1，并通过控制分配计算得到期望姿态控制指令信号设计姿态回路动态逆自适应终端滑模控制方法，首先通过动态逆控制器得到复合式旋翼操纵变量δ₂＝[A_1s B_1s θ_wr θ_wl θ₁ θ₂]，并结合速度回路得到的操纵变量δ₁，作为复合式旋翼飞行器期望舵面操纵信号同时，设计结合神经网络的自适应终端滑模控制器模块，得到姿态角增量U_a2+U_t2，并通过控制分配计算舵面操纵信号增量Δδ，将U＝Δδ+δ_d作为复合式旋翼飞行器的实际舵面操纵信号；其中，T为涵道风扇推力矢量，为旋翼总距，A_1s为横向周期变距、B_1s为纵向周期变距、θ_wr为右襟副翼偏角、θ_wl为左襟副翼偏角、θ₁为推力矢量与机体坐标系下XOY面夹角，θ₂为推力矢量在水平面投影与X轴的夹角。步骤四、实时检测复合式旋翼飞行器的飞行状态，飞行状态主要包括：前飞速度u、侧向速度v、垂直速度w、俯仰角偏航角θ、滚转角ψ、俯仰角速度p、偏航角速度q和滚转角速度r，并重复步骤一至四。