基于INDI的倾转旋翼无人机过渡模式控制方案
收稿日期: 2023-10-08
修回日期: 2023-12-20
录用日期: 2024-02-07
网络出版日期: 2024-02-23
基金资助
湖南省杰出青年基金(2021JJ10045);西北工业大学硕士研究生实践创新能力培育基金(PF2023046)
Transition mode control scheme of tilt rotor UAV based on INDI
Received date: 2023-10-08
Revised date: 2023-12-20
Accepted date: 2024-02-07
Online published: 2024-02-23
Supported by
Natural Science Foundation of Hunan Province of China(2021JJ10045);The Practice and Innovation Funds for Graduate Students of Northwestern Polytechnical University(PF2023046)
刘双喜 , 林泽淮 , 刘伟 , 闫斌斌 , 黄伟 . 基于INDI的倾转旋翼无人机过渡模式控制方案[J]. 航空学报, 2024 , 45(17) : 529685 -529685 . DOI: 10.7527/S1000-6893.2024.29685
This paper proposes an Incremental Nonlinear Dynamic Inverse （INDI） control scheme for the problem of transition mode control of Tilt Rotor Unmanned Aerial Vehicle （TRUAV）. Firstly， based on the dynamic characteristics of the quadrotor TRUAV， a longitudinal motion model suitable for control is established. Then， the virtual control command and control allocation methods are studied， and an adaptive tilt scheme for the transition mode of the TRUAV is designed based on these methods. Subsequently， based on the incremental nonlinear dynamic inverse control theory， the inner/outer loop controllers for the altitude， velocity and attitude transition modes are designed， as well as a mixed control method for rotor and rudder deflection control quantities. Finally， simulation experiments validate the effectiveness of the adaptive tilt scheme based on virtual control command allocation， as well as the robustness of the altitude， velocity， and attitude controllers.
| 1 | 刘佳豪， 李高华， 王福新. 倾转过渡状态旋翼-机翼气动干扰特性［J］. 航空学报， 2022， 43（12）： 126097. |
| LIU J H， LI G H， WANG F X. Rotor-wing aerodynamic interference characteristics in conversion mode［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（12）： 126097 （in Chinese）. | |
| 2 | LIU Z， HE Y Q， YANG L Y， et al. Control techniques of tilt rotor unmanned aerial vehicle systems： A review［J］. Chinese Journal of Aeronautics， 2017， 30（1）： 135-148. |
| 3 | DING C W， LU L. A tilting-rotor unmanned aerial vehicle for enhanced aerial locomotion and manipulation capabilities： design， control， and applications［J］. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics， 2021， 26（4）： 2237-2248. |
| 4 | LIU Z， THEILLIOL D， HE Y Q， et al. Active model-based nonlinear system identification of quad tilt-rotor UAV with flight experiments［J］. Science China Information Sciences， 2022， 65（8）： 182202. |
| 5 | CARDOSO D N， ESTEBAN S， RAFFO G V. A new robust adaptive mixing control for trajectory tracking with improved forward flight of a tilt-rotor UAV［J］. ISA Transactions， 2021， 110： 86-104. |
| 6 | SHENG H L， ZHANG C， XIANG Y L. Mathematical modeling and stability analysis of tiltrotor aircraft［J］. Drones， 2022， 6（4）： 92. |
| 7 | 左卓. 无人倾转旋翼机过渡段纵向控制策略研究［D］. 南京： 南京航空航天大学， 2020. |
| ZUO Z. Research on longitudinal control strategy of unmanned tilting rotor conversion mode［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2020 （in Chinese）. | |
| 8 | 陈在斌. 倾转旋翼无人机控制系统关键技术研究［D］. 长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所， 2020. |
| CHEN Z B. Research on key technologies of flight control system of A tilt rotor UAV［D］.Changchun： Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics and Physics， Chinese Academy of Sciences， 2020 （in Chinese）. | |
| 9 | LI S M， LV Z Y， FENG L， et al. Nonlinear cascade control for a new coaxial tilt-rotor UAV［J］. International Journal of Control， Automation and Systems， 2022， 20（9）： 2948-2958. |
| 10 | ALLENSPACH M， DUCARD G J J. Model predictive control of a convertible tiltrotor unmanned aerial vehicle［C］∥2020 28th Mediterranean Conference on Control and Automation （MED）. Piscataway： IEEE Press， 2020： 715-720. |
| 11 | 韩丽敏. 倾转旋翼机过渡段纵向控制技术研究［D］. 南京： 南京航空航天大学， 2011. |
| HAN L M. Research on longitudinal control technology of tiltrotor aircraft in transition flight phase［D］. Nanjing： Nanjing University of Aeronautics and Astronautics， 2011 （in Chinese）. | |
| 12 | 刘海波. 菱形翼布局倾转旋翼无人机滑模非线性飞行控制研究［D］. 西安： 西北工业大学， 2019. |
| LIU H B. Research on sliding mode nonlinear flight control for diamond wing tilt rotor UAV［D］. Xi’an： Northwestern Polytechnical University， 2019 （in Chinese）. | |
| 13 | 凡永华， 杨军， 赖水清， 等. 倾转旋翼机过渡段最优飞行控制系统设计［J］. 飞行力学， 2007， 25（1）： 47-50. |
| FAN Y H， YANG J， LAI S Q， et al. Design of an optimal flight control system for tiltrotor conversion［J］. Flight Dynamics， 2007， 25（1）： 47-50 （in Chinese）. | |
| 14 | 陈嘉先， 梁波. 倾转旋翼无人机模态转换控制［J］. 战术导弹技术， 2015（2）： 70-76. |
| CHEN J X， LIANG B. Control of tilt rotor unmanned aerial vehicle during mode transition［J］. Tactical Missile Technology， 2015（2）： 70-76 （in Chinese）. | |
| 15 | 严旭飞， 陈仁良. 倾转旋翼机动态倾转过渡过程的操纵策略优化［J］. 航空学报， 2017， 38（7）： 520865. |
| YAN X F， CHEN R L. Control strategy optimization of dynamic conversion procedure of tilt-rotor aircraft［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2017， 38（7）： 520865 （in Chinese）. | |
| 16 | 肖斯奇， 余帆， 施啸宇. 倾转旋翼无人机过渡段纵向控制策略设计研究［J］. 导航定位与授时， 2021， 8（6）： 88-95. |
| XIAO S Q， YU F， SHI X Y. Research on longitudinal control strategy design in transition section of tilt-rotor UAV［J］. Navigation Positioning and Timing， 2021， 8（6）： 88-95 （in Chinese）. | |
| 17 | 刘安， 余宗金， 廖保全， 等. 四旋翼式飞行潜航器非线性增量动态逆控制［J］. 飞行力学， 2022， 40（2）： 67-73. |
| LIU A， YU Z J， LIAO B Q， et al. Incremental nonlinear dynamic inversion control for a quad-rotor aerial underwater vehicle［J］. Flight Dynamics， 2022， 40（2）： 67-73 （in Chinese）. | |
| 18 | STEFFENSEN R， STEINERT A， SMEUR E J J. Nonlinear dynamic inversion with actuator dynamics： an incremental control perspective［J］. Journal of Guidance， Control， and Dynamics， 2022， 46（4）： 709-717. |
| 19 | LIU Z， ZHANG Y， LIANG J J， et al. Application of the improved incremental nonlinear dynamic inversion in fixed-wing UAV flight tests［J］. Journal of Aerospace Engineering， 2022， 35（6）： 04022091. |
| 20 | AHMADI K， ASADI D， NABAVI-CHASHMI S Y， et al. Modified adaptive discrete-time incremental nonlinear dynamic inversion control for quad-rotors in the presence of motor faults［J］. Mechanical Systems and Signal Processing， 2023， 188： 109989. |
| 21 | 翟友鸿， 李春涛， 苏子康 等. 基于神经网络增量动态逆的高速靶机筋斗机动控制［J/OL］. 北京航空航天大学学报，（2024-01-12） ［2024-01-16］. . |
| ZHAI Y H， LI C T， SU Z K， et al. Neural network incremental dynamic inversion target drone somersault maneuver control［J/OL］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics， （2024-01-12） ［2024-01-16］. （in Chinese）. | |
| 22 | LI Y， LIU X X， LU P， et al. Angular acceleration estimation-based incremental nonlinear dynamic inversion for robust flight control［J］. Control Engineering Practice， 2021， 117： 104938. |
/
| 〈 |
|
〉 |
CJA