[發明專利]一種雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法

在審

• 申請號: 201911156021.1
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110920909A
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 劉正清;王凱;王新華;陳冠宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64D31/00
• 分類號: B64D31/00;B64C27/08;G05D1/08;G05D1/04
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 陳國強

1.一種雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：包括姿態增穩控制和定高控制，其中：

所述姿態增穩控制采用油門控制轉速、總距控制姿態的方式；

所述定高控制采用總距控制高度或轉速控制高度。

2.根據權利要求1所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述姿態增穩控制中，姿態控制率采用姿態環+角速率環的控制結構。

3.根據權利要求1所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述姿態增穩控制中，首先根據多旋翼飛行器的尺寸，計算電機分配量，計算得到各通道電機分配系數。

4.根據權利要求1所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述姿態增穩控制中，在前后兩個發動機油門控制的舵機中引入俯仰操縱變化量作為前饋補償量。

5.根據權利要求1所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述姿態增穩控制包括如下步驟：

(1)旋翼轉速測定：

在發動機傳動軸安裝霍爾傳感器，在一個測速周期內，通過霍爾傳感器得到完整脈沖的計數值，同時測量每個脈沖的周期，利用一個周期內的多個脈沖值求平均得到一個脈沖周期的均值；

在一個測速周期到時，讀取當前脈沖周期已測量的時長，計算占當前脈沖周期的比例，得到非完整脈沖值μ，下一周期再測量剩下的非完整脈沖，下一周期測到的完整脈沖個數應該加上(1-μ)，最終得到旋翼轉速；

(2)轉速線性化、槳距標定：

將飛控計算輸出的總距控制信號pwm與發動機轉速設定為線性關系；通過實際測試找到飛行器懸停時的最佳槳距和發動機轉速，并保證飛行器飛行過程中不會出現0槳距的情況；

(3)飛行器航向漂移：

采用雙GPS組合定向方法，利用載波相位解算實現精確定向；

(4)發動機定轉速控制：

采用發動機轉速反饋和前饋補償的復合控制結構。

6.根據權利要求5所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述步驟(2)具體包括如下步驟：

第一步，根據槳距的最小值和最大值預估初始槳距通過地面系留動態測試飛行器在發動機啟動處于怠速狀態的轉速n₀和在飛行器懸停時的槳距M_τ及發動機轉速n_s；

第二步，測出飛行器的遙控器3通道所對應的PWM最大值PWM_max和最小值PWM_min，得到中立總距控制量PWM_mid；通過多次測試，得到發動機轉速和總距控制信號PWM的線性關系如下表：

其中，M_mid為最終確定飛控控制范圍的中立槳距，n_s為在M_mid槳距下飛機處于懸停狀態發動機的轉速，為飛控期望的最大槳距，△為槳距預留量；

根據如下公式將飛控輸出總距控制信號PWM和槳距線性對應：

7.根據權利要求5所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述步驟(3)中，將兩個GPS天線做減震架高處理，且兩個GPS天線之間盡可能遠離。

8.根據權利要求5所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述步驟(4)中，引入總距操縱變化量△δ_c和俯仰變化量△δ_e作為前饋補償，實現旋翼轉速在受到外界環境干擾、槳距操縱干擾下的快速恒定。

9.根據權利要求5或8所述的雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，其特征在于：所述步驟(4)中，發動機定轉速控制采用轉速通道控制率，轉速通道控制率為：

其中，δ_T為總距變化對應的升力，為俯仰變化補償系數，為總距變化補償系數，總距誤差俯仰角誤差K_pn為轉速放大比例系數，K_in為轉速誤差積分系數，為轉速誤差。