[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

本發明公開了一種雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，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。本發明解決了兩個發動機工作輸出特性不一致導致無人機震蕩轟油門的問題，在此基礎上對無人機進行增穩和定高控制，經試驗，控制效果良好。

技術領域

本發明屬于油動飛行器的發動機控制和飛行控制技術領域，具體涉及一種雙發油動變槳距多旋翼的飛行控制方法。

背景技術

多旋翼飛行器可以定點懸停，任意改變飛行方向，在航拍、農業植保、軍用偵查等行業有著廣泛的應用，近年來受到研究人員的密切關注。目前多旋翼飛行器主要以電機驅動為主，電機轉速恒定姿態控制較為簡單，但是存在諸多缺點：任務載荷小，續航時間短，抗風能力差等，在很大程度上限制了多旋翼飛行器的使用范圍。

以燃油為動力的多旋翼具有較大的起飛重量，抵抗外界干擾性能較好；發動機也可以提供足夠的動力，載重力大幅提升，可以用于載人、運輸貨物；同時續航時間取決于油箱的體積，可以根據任務需要在一定范圍內更換油箱，受限因素較少，但油動多旋翼彌補了電動多旋翼諸多缺點的同時引入了新的問題，如發動機輸出不穩定，控制響應較慢跟隨性差等。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙發油動變槳距多旋翼飛行器的飛行控制方法，以解決兩個發動機工作輸出特性不一致導致無人機震蕩轟油門的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

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。

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。

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。

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。

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。

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；