【CN109946971A】一种倾转旋翼无人机过渡段的光滑切换控制方法【专利】

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一种倾转四旋翼无人机及其过渡段姿态控制

一种倾转四旋翼无人机及其过渡段姿态控制沈杨杨;杨忠;张翔;李劲松【期刊名称】《兵工自动化》【年(卷),期】2018(037)003【摘要】Since the conventional quad rotor UAV is limited by the slow flight speed, short battery life and fixed wing aircraft cannot VTOL and hover, a small QTR (Quad Tilt-Rotor) UAV was designed. The dynamic model of QTR was constructed. Considering the characters of attitude control in transition period, design the attitude controller based on robust servo LQR control theory. Then a control maneuver for the QTR transition from vertical mode to horizontal mode was proposed. And control method was verified by the simulation, comparing with the traditional control method. The simulation results show that the UAV can not only take into account the abilities of traditional quad rotor UAV, but also can fly long distances like the fixed wing aircraft.%为解决常规四旋翼无人机前飞速度慢、续航时间短、固定翼飞行器无法垂直起降和悬停的不足,设计一种小型倾转四旋翼QTR(quad tilt-rotor)无人机.建立QTR无人机的动力学模型,针对该无人机的过渡段姿态控制特点设计基于鲁棒伺服 LQR 控制理论的姿态控制器,针对 QTR 由垂直模式切换水平模式的过渡阶段设计控制策略,并通过仿真实验,对比传统控制方法进行验证.仿真结果表明:该无人机既兼顾传统四旋翼无人机的飞行功能,又能像固定翼飞行器一样进行长距离快速飞行.【总页数】6页(P82-87)【作者】沈杨杨;杨忠;张翔;李劲松【作者单位】南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,南京 210016;南京航空航天大学自动化学院,南京 210016【正文语种】中文【中图分类】TP24【相关文献】1.倾转四旋翼无人机垂直起降阶段控制系统研究 [J], 吴江;梁敬;陈诗豪;2.倾转四旋翼无人机的模糊PID飞行控制 [J], 章天杨; 王建平; 涂德江; 程晶晶; 徐嘉铖; 刘军3.一种倾转四旋翼无人机气动特性研究 [J], 伍咏成; 陈自力; 季近健4.一种倾转四旋翼无人机气动特性研究 [J], 伍咏成; 陈自力; 季近健5.倾转四旋翼无人机的模糊PID飞行控制 [J], 章天杨[1];王建平[1];涂德江[1];程晶晶[1];徐嘉铖[1];刘军[1]因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

一种变旋翼转速直升机的控制方法及控制装置[发明专利]

专利名称：一种变旋翼转速直升机的控制方法及控制装置专利类型：发明专利
发明人：汪勇,彭晔榕,宋劼,张海波
申请号：CN202010636602.1
申请日：20200703
公开号：CN111731471A
公开日：
20201002
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种变旋翼转速直升机的控制方法，所述变旋翼转速直升机具有连续无级变速传动机构以及动力涡轮转速可变的涡轴发动机；首先根据大气环境、前飞速度、旋翼转速计算出直升机需求功率；然后根据所述直升机需求功率计算涡轴发动机在一定动力涡轮转速条件下的发动机性能参数；最后，以所述发动机性能参数作为初猜值，以变速分配因子为优化变量，对所述变旋翼转速直升机的直升机/发动机综合系统性能计算模型进行优化求解，并按照求解得到的最优变速分配因子对连续无级变速传动机构和动力涡轮进行控制。

本发明还公开了一种变旋翼转速直升机的控制装置。

本发明可同时获得最优旋翼转速及动力涡轮转速，显著改善直升机/发动机系统的综合性能。

申请人：南京航空航天大学
地址：210000 江苏省南京市江宁区将军大道29号
国籍：CN
代理机构：北京德崇智捷知识产权代理有限公司
代理人：杨楠
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一种无人机纵向控制律平滑切换方法[发明专利]

专利名称：一种无人机纵向控制律平滑切换方法专利类型：发明专利
发明人：郝现伟,贾志强,赵志芳,王勇,刘茜筠
申请号：CN201410367550.7
申请日：20140729
公开号：CN104252133A
公开日：
20141231
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种无人机纵向控制律平滑切换方法，属于无人机飞行控制领域。

在控制律切换时刻，通过对新的控制律中的积分器赋初值，确保由新的控制律的首个运行周期解算出的舵偏角指令与由前一组控制律的最后一个运行周期解算出的舵偏角指令相等，实现两组控制律之间的平滑切换。

本发明首次对控制回路中的校正网络进行形式变换，分离出隐含的积分器，并对该积分器赋初值。

本发明提供的方法仅需一个运行周期即可实现控制律切换，无重复计算，切换效率高，不需通过仿真调整淡入淡出参数，避免了传统的经验试凑。

申请人：北京航空航天大学
地址：100191 北京市海淀区学院路37号
国籍：CN
代理机构：北京永创新实专利事务所
代理人：赵文颖
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倾转旋翼无人机[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811380640.4(22)申请日 2018.11.20(71)申请人程勇军地址 435400 湖北省黄冈市武穴市花桥镇童司牌村6组(72)发明人程勇军　(51)Int.Cl.B64C 27/28(2006.01)B64C 27/52(2006.01)B64C 3/38(2006.01)(54)发明名称倾转旋翼无人机(57)摘要本发明涉及无人机技术领域，提供倾转旋翼无人机，包括机身、机翼、旋翼、水平尾翼和垂直尾翼，机身两侧设有2对水平机翼以及2对旋翼动力系统，旋翼作为动力输出部件与机翼刚性连接，通过内部传动结构，机翼与旋翼动力部件可以绕着机翼轴在水平与垂直方向进行转动，实现旋翼模式与固定翼模式的切换。

本发明兼有多旋翼和固定翼两种模式，多旋翼模式下可以进行垂直起落以及空中悬停，使其无需跑道或者其他装置即可起飞降落，实现了单一飞行器既能空中悬停、低速前飞、后飞、侧飞，又能高速远距离飞行，融合了多旋翼与固定翼的优点，具有广阔的应用前景。

权利要求书1页说明书2页附图1页CN 111196358 A 2020.05.26C N 111196358A1.倾转旋翼无人机，包括机身（ 1）、机翼（ 3）、旋翼（ 2）、水平尾翼（ 5）和垂直尾翼（ 6），其特征在于，所述机身两侧设有2对水平机翼（ 5）以及2对旋翼（ 2）动力系统，旋翼（ 2）作为动力输出部件与机翼（ 3）刚性连接，通过内部传动结构（ 4），机翼与旋翼动力部件可以绕着机翼轴在水平与垂直方向进行转动，实现旋翼模式与固定翼模式的切换。

2.根据权利要求1所述的倾转旋翼无人机，其特征在于，控制机翼倾转的传动结构包括舵机（ 42）动力输出与连杆机构组成内部传动机构，左右机翼之间通过一根连接轴（ 43）刚性连接，连接轴通过2个轴承（ 41）与机身连接，前后2根连接轴通过连杆机构连接，同时连杆与舵机相连接。

倾转旋翼无人直升机过渡段的飞行控制方法[发明专利]

专利名称：倾转旋翼无人直升机过渡段的飞行控制方法专利类型：发明专利
发明人：浦黄忠,甄子洋,郜晨
申请号：CN201410495971.8
申请日：20140924
公开号：CN104460681A
公开日：
20150325
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种倾转旋翼无人直升机过渡段的飞行控制方法，其特征在于，该方法采用最优预见控制通过融合系统运动方程约束、可预见的理想状态以及最优性能指标约束信息，对倾转旋翼无人直升机过渡段的飞行进行控制；具体方法为：首先对倾转旋翼无人直升机过渡段建立非线性模型，然后在不同短舱倾角下配平线性化得到状态空间描述的线性方程；其次，基于线性模型，设计最优预见控制器，控制过渡过程中的飞行速度、高度和姿态角；最后为倾转旋翼无人直升机在不同短舱倾角之间形成平滑过渡设计惯性延迟式淡化器。

本发明的目的是提供一种倾转旋翼无人直升机过渡段的飞行控制方法，融合可预见的期望速度、高度和姿态角度等信息，完成倾转旋翼无人直升机模态之间的安全切换。

申请人：南京航空航天大学
地址：210016 江苏省南京市秦淮区御道街29号
国籍：CN
代理机构：江苏圣典律师事务所
代理人：贺翔
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一种倾转旋翼无人机的控制方法及倾转旋翼无人机[发明专利]

专利名称：一种倾转旋翼无人机的控制方法及倾转旋翼无人机专利类型：发明专利
发明人：黄欣
申请号：CN201910727161.3
申请日：20190807
公开号：CN110466752A
公开日：
20191119
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供了一种倾转旋翼无人机的控制方法及倾转旋翼无人机，该倾转旋翼无人机至少包括：两组动力系统，第一组动力系统包括分别位于机头和机尾的两个动力装置，第二组动力系统包括位于机身两侧的两个动力装置，动力装置包括电机和螺旋桨，该倾转旋翼无人机的控制方法包括：根据用户指令，判断无人机的飞行模式；根据无人机的飞行数据及飞行模式，调整动力装置的电机的转速和/或螺旋桨的角度。

本发明的实施例通过综合控制各个动力系统的转速和变倾角控，减小了动力系统的响应时间从而增加了无人机机身的稳定性和可靠性。

申请人：深圳市道通智能航空技术有限公司
地址：518055 广东省深圳市南山区西丽街道学苑大道1001号智园B1栋9层
国籍：CN
代理机构：北京三聚阳光知识产权代理有限公司
代理人：李博洋
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一种飞机倾转旋翼系统[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202110094805.7(22)申请日 2021.01.25(71)申请人季鹏宇地址 201400 上海市奉贤区南桥镇解放新村364号601室(72)发明人邵平　施黎明　季鹏宇　(74)专利代理机构上海德昭知识产权代理有限公司 31204代理人卢泓宇(51)Int.Cl.B64C 27/52(2006.01)B64C 27/22(2006.01)B64C 27/28(2006.01)G05D 1/08(2006.01)(54)发明名称一种飞机倾转旋翼系统(57)摘要本发明涉及一种交通运输领域，公开了一种飞机倾转旋翼系统，包括：机体具有机头、机身以及机尾；第一风扇组分别安装在机头和机尾处；一对组合翼分别安装在机身的两侧；第二风扇组安装在复合机翼组件上；其中，每个组合翼包括：安装翼一端安装在机身上，另一端沿水平方向远离机身；风扇翼安装在安装翼的另一端；可倾转机翼可转动地安装在安装翼上，且位于机身与风扇翼之间，可倾转机翼转轴方向与安装翼的长度方向相平行；主旋翼，安装在可倾转机翼上，用于向机体提供动力。

本发明所提供飞机倾转旋翼系统动力输出与姿态调整独立工作，因此，本发明所提供飞机倾转旋翼系统具有良好的气动外形、质量轻、良好的飞行性能。

权利要求书1页说明书6页附图10页CN 112678166 A 2021.04.20C N 112678166A1.一种飞机倾转旋翼系统，其特征在于，包括：机体，具有依次设置的机身、机头以及机尾；第一风扇组，分别安装在所述机头和所述机尾处，所述第一风扇组的风向朝下；一对组合翼，分别安装在所述机身的两侧，用于向所述机体提供动力；第二风扇组，安装在所述组合翼上，所述第二风扇组的风向朝下；其中，每个所述组合翼包括：安装翼，一端安装在所述机身上，另一端沿水平方向向所述机身外延伸；风扇翼，安装在所述安装翼的另一端，用于安装所述第二风扇组；可倾转机翼，可转动地安装在所述安装翼上，且位于所述机身与所述风扇翼之间，所述可倾转机翼的转轴方向与所述安装翼的长度方向相平行；主旋翼，安装在所述可倾转机翼上，用于向所述机体提供动力。

倾转旋翼式垂直起降无人机及其控制方法[发明专利]

专利名称：倾转旋翼式垂直起降无人机及其控制方法专利类型：发明专利
发明人：申晓东,李猛,闫兆武,蒋阳,官梓怡,王睿
申请号：CN201710225018.5
申请日：20170407
公开号：CN106956773A
公开日：
20170718
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种倾转旋翼式垂直起降无人机控制方法，包括：无人机机身改造；控制后置螺旋桨总成的驱动拉力大于前置螺旋桨总成的驱动拉力，改变螺旋桨总成在机身上的设置状态；控制倾转旋翼式垂直起降无人机平稳飞行。

一种倾转旋翼式垂直起降无人机，包括有机身、前置螺旋桨总成、后置螺旋桨总成以及舵机系统，前置螺旋桨总成以及后置螺旋桨总成与连杆连接；由舵机系统控制舵机无刷电机/或动力总成运行。

在该方法中，采用主动式倾转能够使得螺旋桨倾转过程更稳定、安全。

本发明不仅具有垂直升降的功能，同时还兼具了固定翼飞机的高续航能力、高操控精准性的优点。

最重要的是：本发明动力总成的倾转为主动式倾转，能够极大程度地提高无人机飞行的稳定性。

申请人：南昌航空大学
地址：330000 江西省南昌市丰和南大道696号
国籍：CN
代理机构：北京高沃律师事务所
代理人：王加贵
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一种倾转旋翼的新型航测无人机[发明专利]

专利名称：一种倾转旋翼的新型航测无人机
专利类型：发明专利
发明人：刘曜熙,朱延平,朱子庆,王超超,鲁宴冰,宁雨翩,宋超,邱逸雯,王琦,刘荣谦
申请号：CN202210250412.5
申请日：20220315
公开号：CN114506447A
公开日：
20220517
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种倾转旋翼的新型航测无人机包括机身本体，所述机身本体上设置有旋翼轴，所述旋翼轴上设置有可倾转的旋翼，所述旋翼上设置有螺旋桨，所述螺旋桨为五片桨叶的螺旋桨，所述桨叶的切角为45°，所述桨叶前端的三分之一处设置有用于扭转的扭转轴，所述旋翼上设置有涡轴发动机，所述所述涡轴发动机采用电传飞控的控制方式，所述机身本体中部设置有旋翼臂，所述机身本体上设置有前三角型起落架，所述机身本体底部左右两侧均设置有梯形挂架，所述梯形挂架上设置有可用于挂载观测设备的挂载点，本发明在机体重量增加不大的情况下，有效增加了无人机的航程和航时以及载重，同时通过前三角型起落架能降低对起降场地的要求。

申请人：南昌航空大学
地址：330199 江西省南昌市丰和南大道696号
国籍：CN
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910270627.1
(22)申请日 2019.04.04
(71)申请人南京航空航天大学
地址 211106 江苏省南京市秦淮区御道街
29号
(72)发明人邹怡茹　刘春生　
(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所
(普通合伙) 32204
代理人王安琪
(51)Int.Cl.
G05B 13/04(2006.01)
(54)发明名称
一种倾转旋翼无人机过渡段的光滑切换控
制方法
(57)摘要
本发明公开了一种倾转旋翼无人机过渡段
的光滑切换控制方法，在所建立倾转旋翼飞行器
纵向非线性模型的基础上，选取飞行速度和短舱
倾角作为特征参数，对配平工作点拟合得到飞行
转换路径；根据所选取工作点进行全局状态空间
划分，从而建立起倾转旋翼机切换控制模型；根
据所述切换模型设计切换律，得到各子控制器及
子系统切换条件；进一步以切换参数作为输入对
实际飞行模态进行模糊推理，根据模糊推理结果
对各个子系统控制律进行加权，得到光滑切换控
制律。

本发明针对倾转旋翼机在飞行模态转换过
程中系统参数变化大的特点，设计多模态切换控
制律，减小控制系统负担，同时减小了切换过程
中控制信号跳变给系统带来的恶劣影响。

权利要求书3页说明书8页附图5页CN 109946971 A 2019.06.28
C N 109946971
A
1.一种倾转旋翼无人机过渡段的光滑切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对倾转旋翼机进行各部件进行气动建模，并通过平动动力学方程和转动动力学方程得到倾转旋翼无人机纵向非线性模型；
(2)选取短舱倾角作为特征参数，对倾转旋翼机进行不同工作点处的配平，根据定高飞行的控制要求选择过渡段的工作点，对不同短舱倾角处的工作点进行拟合，得到倾转旋翼机飞行转换路径，根据飞行转换路径上的工作点建立起以短舱倾角和飞行速度为切换参数的切换模型；
(3)通过寻找各模态下的Lyapunov矩阵设计切换子系统的切换频率，从而求解得到使得切换过程稳定的各子系统平均驻留时间，通过求解线性矩阵不等式得到使得各闭环子系统有限时间稳定的控制器增益K，通过设计切换条件和各子控制器增益得到基于时间依赖的切换系统稳定条件；
(4)根据模糊加权思想，对各模态下子控制增益进行模糊加权；以短舱倾角和飞行速度作为输入，对系统进行模糊推理，模糊推理判断出实际飞行器所处的飞行模态，从而计算出步骤三中所求得子控制器的权重，根据该权重对子控制器进行加权，所得实际控制器取决于对飞行对象模型和各个工作点模型的匹配程度。

2.如权利要求1所述的倾转旋翼无人机过渡段的光滑切换控制方法，其特征在于，步骤
(1)中，对倾转旋翼机进行各部件进行气动建模，并通过平动动力学方程和转动动力学方程得到倾转旋翼无人机纵向非线性模型具体为：在计算力和力矩时，对左右旋翼、左右机翼、垂尾、平尾、机身每一部分进行气动力建模，在倾转旋翼飞行器中，根据分体建模法得到倾转旋翼机气动力关系，再通过平动动力学方程和转动动力学方程得到倾转旋翼无人机纵向非线性模型f。

3.如权利要求1所述的倾转旋翼无人机过渡段的光滑切换控制方法，其特征在于，步骤
(2)中，为实现倾转旋翼无人机飞行转换过程中的定高控制，在不同工作点配平时垂向速度应为0；选取过渡段短舱倾角为45°，55°,65°的工作点代表倾转旋翼的过渡过程；根据此要求用MATLAB中的trim函数对非线性模型进行配平，得到不同短舱倾角下配平时对应的状态量和输入量；在配平的基础上，用linmod函数将模型进行线性化，得到不同配平点附近的线性模型；将所得到的工作点用以下Gaussian函数进行拟合，
全模式飞行转换路径为：
其中，a 1、a 2、a 3、a 4、a 5、a 6、b 1、b 2、b 3、b 4、b 5、b 6、c 1、c 2、c 3、c 4、c 5、c 6为拟合飞行转换路径的高斯函数系数；
沿着全模式飞行路径，以倾转旋翼机短舱倾角βM 和飞行速度V作为切换参数
ρ(βM ,V)，选取状态向量x＝[V x V y ωz θ]T ，输入向量u＝[δc δlong δe ]T ，
建立起倾转旋
翼机线性切换模型如下：
权　利　要　求　书1/3页2CN 109946971 A。