【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合翼无人机控制领域，更具体地，涉及复合翼无人机过渡模态控制方法及采用该方法的复合翼无人机。
技术介绍
1、无人机(unmanned aerial vehicle，简称uav)是一种可在无人驾驶的情况下，通过自身的飞行控制系统和地面控制站实现起飞降落、按照规定的航线执行飞行任务，实现全流程飞行的无人飞行器。近年来，无人机得到了充足的发展，无人机种类也越来越丰富，无人机可执行的任务也越来越复杂，无人驾驶以及低成本的优点使得无人机在军工方面也得到越来越多的重视。
2、复合翼无人机是近来受到广泛关注的一种新型构型的具备垂直起降能力的无人机，这种构型的飞行器采用固定翼飞机和多旋翼套件通过结构上的简单结合得到，具有技术实现门槛较低和成本低廉等优点。
3、垂直起降固定翼飞行器相对于其他无人机系统具有明显的优势，包括：起降场地要求低，无需跑道，无进场障碍物问题，无需发射回收系统；机动灵活、使用性好，系统简单，附加设备少，运输和使用维护方便，操作人员少；成本费用较低。与直升机相比，垂直起降固定翼飞行器、廉价、高可靠，并且续航时间长。与多旋翼飞行器相比，垂直起降固定翼飞行器续航时间长，抗风性能好，飞行速度高，任务覆盖面积大。与垂直起降固定翼无人机设计、控制与试验。与常规固定翼飞机相比，垂直起降固定翼飞行器不需要跑道，使用范围更广，而使用费用低。与倾转旋翼飞行器相比，垂直起降固定翼在动力系统的设计上更为简单，且具有更好的结构可靠性。
4、固定翼飞机的升降舵和油门杆对飞机的响应具有耦合特性。即升降舵摆
5、总能量控制算法的纵向解耦控制器，其基本原理为在推力大小改变时，同时改变总能量的变化率，通过改变控制升降舵偏角，来控制总能量的分配率，将所期望的速度或高度值转化为总能量的变化率与分配率，从而实现飞行器纵向运动的提前解耦控制。总能量控制是从能量的角度来进行控制。飞机的能量分为动能和势能，而这些能量都是由油门增大或者减小产生的，而动能和势能的转换是由升降舵控制飞机的航迹来实现的。从这个角度来讲，总能量/能量差是与油门/升降舵是解耦的。
6、无人机的飞控系统是无人机飞行的核心，稳定可靠的控制是无人机稳定飞行的关键。对于复合翼无人机的飞行控制主要包括四旋翼模态下的控制，固定翼模态下的控制以及过渡模态的控制。目前针对固定翼的飞行控制和四旋翼的飞行控制已较为成熟，针对四旋翼到固定翼的过渡模态控制方法目前较少。有一些研究讨论了过渡模态的融合控制，但均难以令人满意。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术旨在提供一种基于总能量控制律的复合翼无人机过渡模态控制方案，以改进复合翼无人机过渡模态的纵向控制效果与精度。
2、根据本专利技术的一方面，提出了一种复合翼无人机过渡模态控制方法，所述方法用于控制所述无人机从四旋翼模态过渡到固定翼模态，所述方法包括：
3、根据给定的过渡过程的高度hc和固定翼巡航空速vc，得到总能量控制器(tecs控制器)的输入信号，所述tecs控制器用于协同控制升降舵和油门；
4、设置所述tecs控制器作为固定翼纵向控制器参与控制，所述tecs控制器基于所述输入信号得到固定翼模态下的油门控制量和升降舵控制量；
5、设置空速增量控制器，以使所述空速增量控制器根据不同的空速设置对应的空速差最大限制，所述空速差为空速反馈值v与给定的固定翼巡航空速vc的差值；
6、判断所述无人机的俯仰角或高度误差是否满足预设降落条件，如果满足，则控制所述无人机进入降落流程；
7、如果所述无人机的俯仰角和高度误差均不满足所述预设降落条件，则判断空速反馈值v是否达到第一速度条件，如果未达到，则仍基于四旋翼模态控制无人机的俯仰角和高度，并且使四旋翼油门不因空速增加而减小；
8、如果空速反馈值v达到第一速度条件，则进一步判断空速反馈值v是否达到第二速度条件，如果当前速度v未达到第二速度条件，则仍基于四旋翼模态来控制无人机的俯仰角和高度，并且使四旋翼油门根据四旋翼油门增量控制器的计算而逐步减小；
9、如果空速反馈值v达到第二速度条件，则使四旋翼油门直接清0，将无人机俯仰角保持在预设最佳升阻比对应的角度附近，控制固定翼油门加速直到空速反馈值v达到固定翼巡航空速vc，以切换到固定翼模态，过渡过程完成。
10、在一些实施方式中，根据下式得到所述tecs控制器的输入信号和γe：
11、
12、
13、其中，v为空速反馈值，kv为速度比例系数，g为重力加速度，为当前速度v的微分，h为当前高度，kh为高度比例系数，r为航迹角。
14、在一些实施方式中，所述tecs控制器基于下式得到固定翼模态下的油门控制量tc和升降舵舵量控制量δec：
15、
16、
17、其中，ktp为总能量比例系数，kti为总能量微分系数，kep为能量差比例系数，kei为能量差微分系数，表示复数域的积分运算。
18、在一些实施方式中，所述tecs控制器得到的固定翼模态下的油门最大限制在80％，所述tecs控制器得到的固定翼模态下的升降舵舵量限制在最大舵偏角的25％。
19、在一些实施方式中，设置空速增量控制器，以使所述空速增量控制器根据不同的空速设置对应的空速差最大限制，所述空速差为空速反馈值v与给定的空速vc的差值，包括：
20、在空速反馈值v达到预设切换空速v_switch前，设置空速差最大值限制在15m/s；
21、在空速反馈值v达到切换空速v_switch后，设置空速差最大值限制为10m/s；
22、其中，切换空速v_switch被设置为固定翼失速空速vs和固定翼巡航空速vc的平均值。
23、在一些实施方式中，判断所述无人机的俯仰角或高度误差是否满足预设降落条件，包括：
24、如果无人机的俯仰角大于6度或高度误差大于15m，则判断满足所述预设降落条件；
25、如果无人机的俯仰角不大于6度并且高度误差不大于15m，则判断不满足所述预设降落条件。
26、在一些实施方式中，判断空速反馈值v是否达到第一速度条件，包括：
27、如果空速反馈值v达到固定翼失速空速vs的一半，则判断空速反馈值v达到第一速度条件；
28、如果空速反馈值v未达到固定翼失速空速vs的一半，则判断空速反馈值v未达到第一速度条件。
29、在一些实施方式中，判断空速反馈值v是否达到第二速度条件，包括：
30、如果空速反馈值v达到切换空本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合翼无人机过渡模态控制方法，其特征在于，所述方法用于控制所述无人机从四旋翼模态过渡到固定翼模态，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下式得到所述TECS控制器的输入信号和γe：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述TECS控制器基于下式得到固定翼模态下的油门控制量Tc和升降舵舵量控制量δec：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述TECS控制器得到的固定翼模态下的油门最大限制在80％，所述TECS控制器得到的固定翼模态下的升降舵舵量限制在最大舵偏角的25％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置空速增量控制器，以使所述空速增量控制器根据不同的空速设置对应的空速差最大限制，所述空速差为空速反馈值V与给定的空速Vc的差值，包括：
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断所述无人机的俯仰角或高度误差是否满足预设降落条件，包括：
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，判断空速反馈值V是否达到第一速度条件，包括：
8.根据权利要求1
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使四旋翼油门根据四旋翼油门增量控制器的计算而逐步减小，包括：
10.一种复合翼无人机，其特征在于，所述复合翼无人机在从四旋翼模态过渡到固定翼模态时，采用如权利要求1～9中任意一者所述的方法进行控制。
...【技术特征摘要】
1.一种复合翼无人机过渡模态控制方法，其特征在于，所述方法用于控制所述无人机从四旋翼模态过渡到固定翼模态，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据下式得到所述tecs控制器的输入信号和γe：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述tecs控制器基于下式得到固定翼模态下的油门控制量tc和升降舵舵量控制量δec：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述tecs控制器得到的固定翼模态下的油门最大限制在80％，所述tecs控制器得到的固定翼模态下的升降舵舵量限制在最大舵偏角的25％。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置空速增量控制器，以使所述空速增量控制器根据不同的空...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡豫锦，郭旺，蔡永恒，王蕴源，刘兴一，
申请(专利权)人：彩虹无人机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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