【技术实现步骤摘要】
一种共轴式倾转旋翼飞行器故障模式下的控制方法
[0001]本专利技术属于小型飞行器
，具体涉及一种共轴式倾转旋翼飞行器故障模式下的控制方法。
技术介绍
[0002]倾转旋翼飞行器是一种将固定翼飞机和直升机融为一体的新型飞行器，它既具有普通直升机垂直起降和空中悬停的能力，又可以通过倾转模块的倾转，完成各种机动，灵活性更高。
[0003]传统倾转翼机其中一侧的倾转旋翼失效后必定会发生失控，为了克服这一缺点，本专利技术提出一种共轴式倾转旋翼飞行器在故障状态下的控制方法。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的在于提供一种共轴式倾转旋翼飞行器故障模式下的控制方法。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种共轴式倾转旋翼飞行器故障模式下的控制方法，所述的共轴式倾转旋翼飞行器由位于前方的两个共轴倾转旋翼模块和位于后方的尾部旋翼模块组成。其中位于前方的两个共轴倾转旋翼模块上分别安装了一对共轴旋翼，位于后方的尾部旋翼模块上安装了一个旋翼。
[0007]其控制方法为，通过当...
【技术保护点】
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种共轴式倾转旋翼飞行器故障模式下的控制方法，其特征在于，所述的共轴式倾转旋翼飞行器包括位于前方的两个共轴倾转旋翼模块和位于后方的尾部旋翼模块；其中位于前方的两个共轴倾转旋翼模块上分别安装了上、下一对共轴旋翼，位于后方的尾部旋翼模块上安装了一个旋翼；位于右前方的共轴倾转旋翼模块存在三个控制变量：倾转角α
r
、右侧下层旋翼角速度ω1、右侧上层旋翼角速度ω4；位于左前方的共轴倾转旋翼模块存在三个控制变量：倾转角α
l
、左侧下层旋翼角速度ω3、左侧上层旋翼角速度ω2；前方的四个旋翼的旋转方向有如下规定：同一个共轴倾转旋翼模块上的两个旋翼旋转方向相反，位于同一层的两个旋翼旋转方向相反，即ω1与ω2旋转方向相同，ω3与ω4旋转方向相同；位于后方尾部旋翼模块的旋翼存在一个控制变量，即角速度为ω5；关于共轴式倾转旋翼飞行器设定两个坐标系：惯性系I，其三个轴的方向分别为：X
i
指向北方，Y
i
指向东方，Z
i
指向地心；飞行器体坐标系B，其三个轴的方向分别为：X
b
指向飞行器前方，Y
b
指向飞行器右侧，Z
b
指向飞行器下方；设定共轴式倾转旋翼飞行器的重心为CoG，在Y
b
方向上共轴倾转旋翼模块到重心的距离为l
s
，在X
b
方向上共轴倾转旋翼模块到重心的距离为l
f
，尾部旋翼到重心的距离为l
b
；共轴式倾转旋翼飞行器的动态方程为：共轴式倾转旋翼飞行器的动态方程为：其中：ξ＝[x y z]
T
是飞行器的位置信息，x，y，z分别表示飞行器在X
i
，Y
i
，Z
i
三个方向上的位置，M
u
是飞行器的质量矩阵，是阻力项，M
u
g是重力项；η＝[φ θ ψ]
T
是飞行器的姿态信息，φ，θ，ψ分别表示滚转角、俯仰角和偏航角，J
u
是飞行器的转动惯量矩阵，D
η
是阻力项，τ
Γ
＝[0 τ
Γr
+τ
Γl 0]
T
是由倾转结构产生的转动力矩，τ
Γr
和τ
Γl
分别是由右侧和左侧倾转机构产生的转动力矩；共轴式倾转旋翼飞行器的控制方法设计如下：首先，通过已知的外力设置前馈规律抵消已知外力的作用，通过当前位姿与目标位姿之间的误差设计反馈规律使得系统能跟踪上目标位姿并使得整个闭环系统渐进稳定，得到期望力矩τ
ηd
＝[τ
φd τ
θd τ
ψd
]
T
和期望外力F
ξd
＝[F
xd F
yd F
zd
]
T
如下：如下：其中：目标位置通过目标速度来给定，目标姿态为η
d
，e
η
＝η
d
‑
η，K
η
＝diag(k
φ
，k
θ
，k
ψ
)，)，τ
φd
、τ
θd
、τ
ψd
分别是期望的滚转力矩、期望的俯仰力矩和期望的偏航力矩；F
xd
、F
yd
、F
zd
分别是在X
i
，Y
i
，Z
i
三个方向上的期望的外力；都是待定的正定对角矩阵，都是待定的正常数；接下来，通过解耦器，获得飞行器的五个期望控制量：F
ab
＝[F
xb F
zb τ
φ τ
θ τ
ψ
]
T
；解耦需
要解如下的方程组：F
xb
＝F
xd
cosθcosψ+F
yd
cosθsinψ
‑
F
zd
sinθ[τ
φ τ
θ τ
ψ
]
T
＝[τ
φd τ
θd τ
技术研发人员：吴玉虎，申翔宇，吕宗阳，李胜铭，孙希明，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
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