[發明專利]變姿飛行器

有效

• 申請號: 201110216525.5
• 申請日: 2011-07-29
• 公開（公告）號: CN102358420A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 高慶嘉;白越;侯至丞;孫強;劉殿雙;續志軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64C27/08
• 分類號: B64C27/08;B64C27/28;B64C27/37
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 王淑秋

1.一種變姿飛行器，包括機體，分布在機體周圍并位于同一平面內的至少三個連接桿， 安裝在各連接桿外端的旋翼，安裝在機體內部的控制器；其特征在于還包括固定翼，所述固 定翼安裝在機體的下部，其弦線與各連接桿所在的平面成一角度。

2.根據權利要求1所述的變姿飛行器，其特征在于所述固定翼采用高升阻比翼型。

3.根據權利要求1或2所述的變姿飛行器，其特征在于所述各旋翼安裝在涵道殼體內。

4.根據權利要求3所述的變姿飛行器，其特征在于所述涵道殼體截面采用對稱翼型。

5.根據權利要求1所述的變姿飛行器，其特征在于本發明的變姿飛行器還包括起落架， 所述起落架固定在連接桿的下面。

6.根據權利要求1所述的變姿飛行器，其特征在于所述機體周圍分布六個連接桿，每個 連接桿的外端安裝一個旋翼；旋翼的旋轉平面與六個連接桿所在的平面形成傾角，且每個旋 翼的旋轉平面與相隔兩個旋翼的第三個旋翼的旋轉平面經過機體坐標系的原點并且共面，兩 個旋翼分別安裝正反槳，旋轉方向相反，反扭矩可相互抵消。

7.根據權利要求1所述的變姿飛行器，其特征在于所述的控制器包括x控制器、y控制 器、z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器、全局輸入解耦裝置；x控制器、y控制器、 z控制器、θ控制器、φ控制器、ψ控制器分別根據給定的x向位移、y向位移、z向位移、 俯仰角θ、滾轉角φ、偏航角ψ與對應的反饋信號的差值計算并輸出各自由度虛擬控制量； 全局輸入解耦裝置根據接收的各自由度虛擬控制量，通過非線性解耦映射得到各旋翼轉速， 然后將各旋翼轉速傳輸到各旋翼對應的驅動裝置；所述的全局輸入解耦裝置包括：

系數矩陣M_co存儲模塊(101)；

所述的系數矩陣M_co＝diag(k₁₁，k₂₂，...，k_mm)；(1)

結構矩陣M_rel存儲模塊(102)；

所述的結構矩陣M_rel＝{-1^kAIV_ij}_{m×6，k＝1，2}????(2)

式(2)中i＝1、2、3、……m，j＝1、2、3、4、5、6，m為旋翼的數量；AIV_ij為第i 個旋翼動作時對第j個自由度的絕對影響值；

設變姿飛行器機體坐標系的x、y軸位于各連接桿所在的平面內并相互垂直，z軸通過變 姿飛行器的質心且垂直于各連接桿所在的平面；沿x、y、z軸正向移動自由度為正，沿x、y、 z軸反向移動自由度為負；俯仰角θ為飛行器機體繞y軸轉動的角度，逆時針轉動自由度為 正，順指針轉動自由度為負；滾轉角φ為飛行器機體繞x軸轉動的角度，逆時針轉動自由度 為正，順時針轉動自由度為負；偏航角ψ為飛行器機體繞z軸轉動的角度，逆時針轉動自由 度為正，順時針轉動自由度為負；則

第i個旋翼動作時對x、y、z軸方向平動自由度的絕對影響值：

第i個旋翼動作時對俯仰角θ、滾轉角φ、偏航角ψ轉動自由度的絕對影響值：

當自由度向負方向變化時，k＝1，當自由度向正方向變化時k＝2；

將系數矩陣M_co與結構矩陣M_rel相乘并求逆得到逆矩陣(M_co·M_rel)^-1的模塊103；

主導旋翼轉速運算模塊(104)：利用式(5)得到各主導旋翼轉速，并根據其他旋翼與主 導旋翼的對應關系得到其他旋翼轉速，然后將得到的各旋翼轉速分別傳輸給各旋翼對應的驅 動裝置：

Ω1Ω2...Ωq=(McoMrel)-1U1U2...Up---(5)]]>

式(5)中U₁、U₂、……、U_p為有效自由度虛擬控制量，Ω₁、Ω₂、……、Ω_q為各主導旋 翼的轉速。