(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。