一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法
专利汇可以提供一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开的一种复合翼垂直起降无人机的 姿态 控制方法，通过建立固定翼模式和多旋翼模式的非线性运动学和动 力 学模型，以及固定翼模式和多旋翼模式的姿态控制系统，姿态控制系统采用PD 控制器 和区间二型模糊神经网络的结合，采用组合设计能够保证模糊神经网络在参数学习时的 飞行器 稳定性 ，其次也减少了复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式的控制误差，提高了控制的 精度 ，保证了固定翼模式姿态控制系统和多旋翼模式姿态控制系统在工作时互不干扰，提高飞行的稳定性。，下面是一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法专利的具体信息内容。
1.一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、建立复合翼垂直起降无人机，在固定翼模式或多旋翼模式下的非线性运动学和动力学模型；
步骤2、构建复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式下的姿态控制系统；
所述姿态控制系统包括PD控制器和区间二型模糊神经网络；
所述PD控制器的输出，用于训练区间二型模糊神经网络；
所述PD控制器输出和区间二型模糊神经网络输出的差，用于输出姿态控制指令控制；
步骤3、将步骤1非线性运动学或动力学模型的反馈输入至姿态控制系统，得到固定翼模式或多旋翼模式下的姿态控制指令，根据姿态控制指令控制复合翼垂直起降无人机在固定翼模式或多旋翼模式下的飞行姿态。
2.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，步骤1中所述固定翼模式的线性运动学和动力学模型如下：
其中，u为空速，v为迎角，w为侧滑角，φ为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角，p为滚转角速率，q为俯仰角速率，r为偏航角速率，xg和yg分别为地面坐标系中x轴位移和y轴位位移，h为飞行高度；
[Ixx Iyy Izz]为机体坐标系的三轴转动惯量，Ixz为惯性积，[Fx Fy Fz]为合外力在机体坐标系三轴的分量，[Mx My Mz]为合外力矩在机体坐标系三轴的分量。
3.根据权利要求2所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述固定翼模式的线性运动学和动力学模型的姿态控制输入为升降舵偏角、方向舵偏角和副翼舵偏角，反馈量为俯仰角、滚转角和偏航角。
4.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，步骤1中所述多旋翼模式的线性运动学和动力学模型如下：
其中，d为旋翼电机到机体重心的距离，[Gφ Gθ Gψ]为旋翼螺旋桨的陀螺力矩，CT和CM分别为螺旋桨的拉力系数和转矩系数，[ω1 ω2 ω3 ω4]为螺旋桨转速，[τx τy τz]为机体坐标系的三轴力矩。
5.根据权利要求4所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述多旋翼模式的线性运动学和动力学模型的姿态控制输入为机体坐标系的三轴力矩umc＝[τx τy τz]T，反馈量为俯仰角、滚转角、偏航角；
所述区间二型模糊神经网络的输入为期望姿态角与反馈姿态角偏差及期望姿态角与反馈姿态角偏差的导数。
6.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，步骤2中，所述PD控制器的控制方程如下：
其中，e为期望姿态角与反馈姿态角的偏差，为期望姿态角与反馈姿态角偏差的导数，kP和kD分别为PD控制器比例系数和微分系数。
7.根据权利要求6所述的一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述区间二型模糊神经网络主要包括输入层、隶属函数层、规则层和输出层；
区间二型模糊神经网络的模糊规则为：
IF x1 is and x2 is THEN τf＝fij，i＝1,...,I,j＝1,...,J
其中，x1和x2分别代表区间二型模糊神经网络的输入， 和 为输入区间二型模糊集，τf为输出变量，fij为区间二型模糊神经网络中后件网络的参数；
输入层：由两个神经元组成；
X＝[x1 x2]T
隶属函数层：采用椭圆二型隶属函数，其上下界表示为：
其中， 和μ为椭圆二型隶属函数层神经元输出值的上下界，a1和a2为椭圆二型隶属函数不确定性的上下界，其中a1>1，0
Wij＝μ1iμ2j，
其中， 为前件网络模糊规则的隶属度上下界；
输出层：区间二型模糊神经网络的输出为：
其中，q为区间二型模糊神经网络前件输出隶属函数的下界比例值，fij为区间二型模糊神经网络后件网络参数。
8.一种基于根据权利要求1-7任一项所述的复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，当复合翼垂直起降无人机在转换模式下飞行时，将步骤3替换为如下步骤：
根据固定翼模式和多旋翼模式的控制系统，设计转换模式控制器，转换模式控制器根据空速变化计算加权系数；
根据固定翼模式和多旋翼模式的加权系数，分别确定固定翼执行机构和多旋翼执行机构的伺服指令；
根据伺服指令控制复合翼垂直起降无人机在转换模式下的飞行姿态。
9.根据权利要求8所述的复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述加权系数的计算式如下：
其中，V1为转换开始空速，V2为转换开始空速与转换结束空速之差，w为加权系数。
10.根据权利要求9所述的复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述加权系数，以及转换模式的伺服指令确定方法如下：所述转换模式下固定翼执行机构的伺服指令u′mc和多旋翼执行机构的伺服指令u′fw的确定方法如下：
u′mc＝w·umc
u′fw＝(1-w)·ufw
其中，umc和ufw分别为固定翼模式控制系统和多旋翼模式控制系统的输出值。
一种复合翼垂直起降无人机的姿态控制方法
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