本發(fā)明涉及飛行汽車跨域控制領(lǐng)域，尤其是涉及一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、飛行汽車等通用航空設(shè)備憑借陸空切換等的高機動性、強地形適應(yīng)能力與快速部署能力，能大幅降低交通擁堵，提高出行與運輸效率，又由于其靈活性與快速響應(yīng)能力，能夠快速到達工作區(qū)域提供服務(wù)，在軍事、救援、運輸?shù)阮I(lǐng)域有著極高的應(yīng)用價值。多旋翼飛行汽車憑借其垂直起降、控制簡便與高機動性，能夠?qū)崿F(xiàn)不受地形限制的快速切換工作模式，是低空經(jīng)濟與三維交通的重要載體。

2、飛行汽車的運動控制從模式上分為飛行模式、陸地模式與過渡模式，運動穩(wěn)定性在駕駛過程中受諸多因素影響，包括各模式下的受力情況、結(jié)構(gòu)布局、旋翼參數(shù)、驅(qū)動電機性能、傳感器特性等，而過渡流程設(shè)計會引入額外的沖擊與位姿控制需求，同時需要考慮載人條件下的安全性與駕駛舒適度需求。

3、現(xiàn)有的陸空模式切換與過渡運動控制方案通常需要額外的機械結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致控制系統(tǒng)復(fù)雜化、切換過程緩慢、能耗增大與地面控制誤差增大等問題，減少起降沖擊與顛簸，構(gòu)建安全可靠的跨域控制方案與載人安全控制方案是多旋翼控制的重要問題與重要研究方向。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了提供一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法及裝置。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，包括：

4、當(dāng)處于飛行狀態(tài)并切換至過渡模式時，接收傳感器信息，基于獲取的傳感器信息提取得到離地距離；

5、判斷離地距離是否小于第一設(shè)定閾值，若為是，則判斷離地距離是否小于第二設(shè)定閾值，若為是，則基于位姿振蕩補償、垂向沖擊補償和橫向運動補償生成過渡策略補償輸入，反之，則基于橫向運動補償生成過渡策略補償輸入；

6、根據(jù)過渡策略補償輸入修正系統(tǒng)控制輸入得到動力分配輸出，并基于得到的動力分配輸出控制各個旋翼工作。

7、所述動力分配輸出為：

8、ud(t)＝u(t)+ε(t)

9、其中：ud(t)為動力分配輸出，u(t)為系統(tǒng)控制輸入，ε(t)為過渡策略補償輸入。

10、所述過渡策略補償輸入為：

11、ε(t)＝mxs(t)+nn(t)+kk(t)

12、其中：m為軌跡補償矩陣，xs(t)為位姿傳感器輸入，n為振蕩補償矩陣，n(t)為高頻振蕩信號，k為沖擊補償矩陣，k(t)為沖擊輸入。

13、所述高頻振蕩信號的獲取過程包括：

14、根據(jù)角速度得到原始振蕩信號；

15、對原始振蕩信號進行高通濾波，得到高頻震蕩信號。

16、所述垂向沖擊補償?shù)拇_定過程包括：

17、步驟s1-1：考慮落地時各輪轂不同時落地、輪轂與減震系統(tǒng)壓縮情況不均，記地面對各輪轂造成的理論與實際垂向沖擊為：

18、

19、其中：nd為理論垂向沖擊矩陣，ns為實際垂向沖擊矩陣，fwzd1至fwzd4分別為地面的各輪轂造成的理論垂向沖擊，fwzs1至fwzs4分別為地面的各輪轂造成的實際垂向沖擊；

20、步驟s1-2：確定單個輪轂垂向沖擊對機體扭矩為：

21、

22、其中：tw為輪轂垂向力的轉(zhuǎn)矩合成矩陣，fwz為輪轂垂向力矩陣，τwzx為輪轂垂向沖擊對質(zhì)心扭矩的x軸方向分量，τwzy為輪轂垂向沖擊對質(zhì)心扭矩的y軸方向分量，d1、d2為輪轂到機體質(zhì)心橫向、縱向距離；

23、步驟s1-3：確定多旋翼升力對質(zhì)心的扭矩：

24、

25、其中：τx為旋翼升力對質(zhì)心扭矩的x軸方向分量，τy為旋翼升力對質(zhì)心扭矩的y軸方向分量，tf為旋翼升力的轉(zhuǎn)矩合成矩陣，fz為旋翼升力矩陣，d1、d2為電機轉(zhuǎn)子到機體質(zhì)心的橫向、縱向距離，f1至f4分別為各旋翼對機體造成的扭矩；

26、步驟s1-4：對轉(zhuǎn)換矩陣求逆：

27、

28、步驟s1-5：基于機體沖擊情況，得到垂向沖擊補償：

29、

30、其中：為實際輪轂垂向力矩陣，至分別為各輪轂要求的垂向補償力。

31、所述各輪轂要求的垂向補償力為：

32、

33、其中：kwp、kwi、kwd為垂向力補償系數(shù)。

34、所述位姿振蕩補償?shù)拇_定過程包括：

35、步驟s2-1：獲取姿態(tài)控制矩陣：

36、

37、其中：為機體x,y,z軸角加速度，tatt為姿態(tài)控制矩陣，fz為旋翼升力矩陣，j3×3為轉(zhuǎn)動慣量矩陣，tτ為扭矩矩陣，jxx、jyy、jzz為機體繞x,y,z軸轉(zhuǎn)動慣量，cm為轉(zhuǎn)矩系數(shù)，cl為升力系數(shù)；

38、步驟s2-2：姿態(tài)控制矩陣求逆：

39、

40、步驟s2-3：基于機體震蕩情況，得到垂向沖擊補償：

41、

42、其中：分別為機體x,y,z軸角加速度高頻成分。

43、所述機體x,y,z軸角加速度高頻成分滿足：

44、

45、其中：fhp為高通濾波器。

46、所述橫向運動補償?shù)拇_定過程包括：

47、步驟s3-1：確定飛行汽車陸空過渡橫向位移約束：

48、

49、其中：為機體橫向加速度，tylim為橫向運動補償矩陣，h為橫向位移系數(shù)矩陣，tm為旋翼升力橫向運動變換矩陣，m為飛行汽車總質(zhì)量；

50、步驟s3-2：確定橫向運動補償：

51、

52、一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制裝置，包括存儲器、處理器，以及存儲于所述存儲器中的程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如上述的方法。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：可以實現(xiàn)近依賴四個旋翼就實現(xiàn)飛行汽車平穩(wěn)地由飛行狀態(tài)向地面狀態(tài)跨域運動，降低機體高頻震蕩與單輪轂受垂向力峰值，增加過渡穩(wěn)定性，降低輪轂?zāi)p，并增加懸架壽命，滿足載人工況下平穩(wěn)性需求與機體安全性保障。

技術(shù)特征：

1.一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述動力分配輸出為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述過渡策略補償輸入為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述高頻振蕩信號的獲取過程包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述垂向沖擊補償?shù)拇_定過程包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述各輪轂要求的垂向補償力為：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述位姿振蕩補償?shù)拇_定過程包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述機體x,y,z軸角加速度高頻成分滿足：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法，其特征在于，所述橫向運動補償?shù)拇_定過程包括：

10.一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制裝置，包括存儲器、處理器，以及存儲于所述存儲器中的程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1-9中任一所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種電驅(qū)動飛行汽車跨域運動控制方法及裝置，其中方法包括：當(dāng)處于飛行狀態(tài)并切換至過渡模式時，接收傳感器信息，基于獲取的傳感器信息提取得到離地距離；判斷離地距離是否小于第一設(shè)定閾值，若為是，則判斷離地距離是否小于第二設(shè)定閾值，若為是，則基于位姿振蕩補償、垂向沖擊補償和橫向運動補償生成過渡策略補償輸入，反之，則基于橫向運動補償生成過渡策略補償輸入；根據(jù)過渡策略補償輸入修正系統(tǒng)控制輸入得到動力分配輸出，并基于得到的動力分配輸出控制各個旋翼工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有僅依靠旋翼控制可以實現(xiàn)由飛行狀態(tài)切換至陸地狀態(tài)的穩(wěn)定跨域控制等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：祝小元,王以恒,李玉雪,耿可可,殷國棟
受保護的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2