基于增益调度法的倾转旋翼控制系统设计

宋晓东，吴 斌，桑 涛

(北京理工大学宇航学院，北京 100081)

0 引言

随着科学技术的发展，无人机被广泛应用于各个领域。相比于载人机，无人机具有成本低、体积小、研制周期短等优势，更加适合小范围的勘测、侦察等任务。旋翼无人机能够随时随地起降，完成一些近距离、低速任务；虽然固定翼无人机在长远距离工作效率更高，但无法长时间、最低巡航速度以下正常工作。因此，具备垂直起降功能的无人机应运而生。

为实现倾转旋翼无人机多种飞行模态，对其控制系统设计提出了更高的要求。尤其在过渡过程，起始阶段和末尾阶段力学特性不同。以垂直起飞为例，倾转旋翼机在起始阶段通过螺旋桨拉力克服重力；在合适的前向速度下，短舱开始倾转，随着速度的上升，机翼气动力逐渐起主导作用，最终达到机翼升力克服重力，螺旋桨拉力克服阻力的巡航状态。模态转变过程中，无人机具有强烈的非线性特性，传统的线性控制器无法满足控制需求；在进行垂直起降时，由于飞行器的弹道倾角在90°时存在奇异点问题[1]，给控制系统设计带来了一定的难度。国内外学者对此提出了多种控制方案。文献[2]采用新型自抗扰滑模控制算法，设计了内外部干扰观测器，将模型误差和耦合视为干扰进行补偿控制；文献[3]提出了一种基于模糊控制的倾转控制方法，使倾转旋翼无人机能够实现平稳过渡飞行；文献[4]采用了非线性动态逆设计了全包线飞行控制率。……