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多飞行模式垂直起降无人机过渡飞行控制策略
Transition Flight Control Strategy of Multiple Flight Mode Vertical Take-Off and Landing Unmanned Aerial Vehicle

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刘志豪 1   闵荣 2   方成 1   易超 1   鹿存跃 1 *   马艺馨 1  
文摘 垂直起降无人机飞行模式转换时的飞行控制策略对于保证无人机安全可靠地飞行至关重要.对尾座式垂直起降无人机过渡模式的飞行控制策略进行了深入研究,提出了最快模式转换定高控制策略,并利用模拟分析和实验的手段对比了该策略、经典比例-积分-微分(PID)控制策略和最快模式转换控制策略的飞行效果.最快模式转换定高策略优化了转换速度和高度变化两个飞行参数,同步了俯仰角达到巡航攻角的时间和飞行速度达到巡航速度的时间,保持了无人机在模式转换过程中竖直方向的受力平衡.模拟结果表明:最快模式转换定高控制策略比经典PID控制策略和最快模式转换控制策略的时间分别缩短了0.98和0.48s,高度变化量分别减小了2.27和0.91m;最快模式转换定高控制策略的飞行控制效果明显优于经典PID控制策略和最快模式转换控制策略.所提出的控制策略解决了尾座式垂直起降无人机飞行模式转换时的掉高问题,能够保证无人机在过渡模式下快速平稳地实现飞行模式转换.
其他语种文摘 The flight control strategy for vertical take-off and landing(VTOL) unmanned aerial vehicle(UAV) in mode transition is essential to ensure a safe and reliable flight. This paper studies the flight control strategy in the transition mode of tail-mounted VTOL UAV, and proposes a strategy of the fastest transition speed with constant altitude control. Simulation and experiment are used to analyze and compare the flight effect of this strategy, classical proportion-intergration-differentiation(PID) control and the fastest transition speed control. Strategy of the fastest transition speed with constant altitude control optimizes the change of flight speed and altitude, synchronizes the time of cruise attack angle and cruise speed, and maintains the vertical force balance of UAV in the mode transition. The simulation results show that the fastest transition speed with constant altitude control's time decreases by 0.98 and 0.48s than that of the classical PID control and the fastest transition speed control, while the change of altitude decreases by 2.27 and 0.91m. The flight control effect of the fastest transition speed with constant altitude control is obviously superior to the classical PID control and the fastest transition speed control. The proposed control strategy solved the problem of large altitude change during the mode transition, and ensured the rapid and steady flight mode transition of UAV in the transition mode.
来源 上海交通大学学报 ,2019,53(10):1173-1181 【核心库】
DOI 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.10.005
关键词 多飞行模式 ; 垂直起降 ; 无人机 ; 过渡模式 ; 最快模式转换定高控制策略
地址

1. 上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海, 200240  

2. 西北工业大学第365研究所, 西安, 710072

语种 中文
文献类型 研究性论文
ISSN 1006-2467
学科 航空
基金 国家自然科学基金 ;  爱生创新发展基金 ;  国家海洋工程重点实验室开放课题
文献收藏号 CSCD:6608858

参考文献 共 12 共1页

1.  Segui-Gasco P. A novel actuation concept for a multi rotor UAV. International Conference on Unmanned Aircraft Systems,2013:373-382 CSCD被引 1    
2.  Karakas H. ITU tailless UAV design. Journal of Intelligent & Robotic Systems,2013,69(1/2/3/4):131-146 CSCD被引 3    
3.  张啸迟. 旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器概念设计研究. 航空学报,2016,37(1):179-192 CSCD被引 15    
4.  李劲松. 小型四旋翼无人直升机自适应优化控制. 上海交通大学学报,2015,49(2):202-208 CSCD被引 4    
5.  杜建福. 小型无人直升机建模与分析. 上海交通大学学报,2008,42(10):1726-1730 CSCD被引 2    
6.  Jung Y. Development and application of controller for transition flight of tail-sitter UAV. Journal of Intelligent & Robotic Systems,2012,65(1/2/3/4):137-152 CSCD被引 8    
7.  Benedict M. Development of a micro twin-rotor cyclocopter capable of autonomous hover. Journal of Aircraft,2014,51(2):672-676 CSCD被引 2    
8.  Kita K. Transition between level flight and hovering of a tail-sitter vertical take-off and landing aerial robot. Advanced Robotics,2010,24(5/6):763-781 CSCD被引 8    
9.  Stone R H. Flight testing of the T-wing tail-sitter unmanned air vehicle. Journal of Aircraft,2008,45(2):673-685 CSCD被引 10    
10.  Lyu X M. Design and implementation of a quadrotor tail-sitter VTOL UAV. International Conference on Robotics and Automation,2017:3924-3930 CSCD被引 2    
11.  Oosedo A. Development of a quad rotor tail-sitter VTOL UAV without control surfaces and experimental verification. International Conference on Robotics and Automation,2013:317-322 CSCD被引 5    
12.  饶进军. 尾坐式超小型定翼机飞行运动建模与仿真. 系统仿真学报,2013,25(3):519-522 CSCD被引 2    
引证文献 8

1 刘德元 尾座式无人飞行器鲁棒容错编队控制 航空学报,2021,42(2):324296
CSCD被引 3

2 程子欢 涵道尾座式垂直起降飞行器全包线飞行控制 控制理论与应用,2021,38(11):1863-1873
CSCD被引 1

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