主动变形四旋翼自抗扰飞行控制方法

张 钊 ,杨 忠 ,段雨潇 ,廖禄伟 ,卢凯文 ,张秋雁

(1.南京航空航天大学 自动化学院,江苏 南京 211106;2.贵州电网有限责任公司,贵州 贵阳 550002)

1 引言

多旋翼飞行器机动性强并且具有悬停能力,除了可以执行航拍,环境监测等正常任务,还可用于地下管道,自然洞穴以及工业容器探测中[1].常规多旋翼飞行器具有的共同特点是几何外形较为固定,一旦设计定型,在飞行过程中就无法改变自身形态.因此在设计之初就存在一个问题,即缺乏自然界飞行生物中很常见的适应不同飞行状态与任务的变形能力[2],例如,鸽子可以通过改变翅膀形态来越 过不同尺寸间隙[3]:它们向上弯折翅膀来越过相对较大的垂直缺口,向身体内侧收紧翅膀来穿过比较狭窄的缝隙.这种变形能力在执行营救任务或在复杂结构中进行检查等场景下非常有用,避免了在设计过程中通过减少飞行续航时间以及运载能力从而使多旋翼飞行器微型化来穿过狭窄缝隙.该能力的缺失导致常规多旋翼飞行器的环境适应性和通过性较差,很难通过一些受限空间.

针对上述常规多旋翼飞行器存在的问题,研究者们已经研究了通过优化旋翼的相对方向或使用可倾转旋翼来提高飞行器的可控性.文献 [4]通过对普通电机力和力矩的分析,提出将8个旋翼异向地布置在立方体结构中的新型旋翼安装方案.文献 [5]结合了常规多旋翼系统和全向控制飞行器二者的优势,提出一种新型……