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龙图腾网获悉西北工业大学申请的专利一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119503176B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411754338.6，技术领域涉及：B64U10/20；该发明授权一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法是由周洲;李琳方;谢宇航;朱越设计研发完成，并于2024-12-02向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法在说明书摘要公布了：本发明一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法，属于无人机飞行控制技术领域；所述串列翼无人机前翼和后翼的前缘设置有无人机的内环动力单元和外环动力单元；后翼的两端后缘对称铰接有升降副翼；并通过连接组件将前翼和后翼连接为具有空间高度差的串列翼；控制方法包括对跃起起飞、过渡飞行、巡航飞行、垂直着陆阶段的控制，通过对跃起起飞、巡航飞行、垂直着陆的内环动力单元和外环动力单元进行油门量分配；对过渡飞行阶段采用连续爬升过渡方式，过渡完成后控制飞行状态转为巡航平飞状态。本发明实现了串列翼无人机的大角度跃起起飞、90度自主垂直着陆功能，并且对此无人机分布式动力进行了控制分配设计，提高能量利用率，延长续航时间。

本发明授权一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法在权利要求书中公布了：1.一种分布式动力串列翼无人机的垂直起降控制方法，串列翼无人机包括以串列翼形式布置的前翼和后翼；其特征在于：所述前翼和后翼的前缘均沿展向设置有多个旋翼，位于前翼和后翼展向中间的四个旋翼分别在四边形的四个顶点位置，构成无人机的内环动力单元，其余旋翼构成无人机的外环动力单元；后翼的两端后缘对称铰接有升降副翼；并通过连接组件将前翼和后翼连接为具有空间高度差的串列翼； 所述垂直起降控制方法包括对跃起起飞、过渡飞行、巡航飞行、垂直着陆阶段的控制，通过对跃起起飞阶段、巡航飞行阶段、垂直着陆阶段的内环动力单元和外环动力单元进行油门量分配；对过渡飞行阶段采用连续爬升过渡方式，过渡完成后控制飞行状态转为巡航平飞状态； 所述串列翼无人机跃起起飞的控制方法为： 步骤1.1：无人机以45°停机角停在地面，在分布式动力和气动力的作用下进行定点大角度起飞；离地初期，无人机在油门指令下进行增稳控制起飞，离地瞬间所有动力单元全油门，使无人机在动力单元拉力下离地；起飞阶段，前后翼动力单元差动与升降副翼共同控制无人机以给定俯仰角加速拉起； 步骤1.2：起飞阶段保持目标俯仰角指令θsp，将目标俯仰角与飞控系统测量出的真实俯仰角θ做差并经过比例环节，从而得到反馈控制信息，将此信息输入到俯仰角速度控制回路，经过比例-积分环节输出俯仰控制量，将俯仰控制量同时输出给前后翼动力单元和升降副翼，实现定俯仰角跃起起飞；控制律形式如下： 其中，Kθ为俯仰角反馈比例系数，Kq1、KqI1、Kq2、KqI2为俯仰角速度比例和积分环节系数；δty为前后翼螺旋桨差动量；δae为升降副翼作为升降舵时的舵偏角； 设初始油门量为δt，前翼外环动力单元油门输入量δtfront＝δt-δty，后翼外环动力单元油门输入量δtbehind＝δt+δty； 步骤1.3：起飞阶段，通过油门控制速度持续增加，将目标速度Vsp与飞控系统测量的实时空速V做差，得到自动油门反馈信号，将油门反馈信号输入比例-积分控制回路，得到油门控制量，将油门控制量输入8个动力单元，根据速度进行自动油门控制；速度控制律形式如下： Δδt＝KVVsp-V+KVI∫Vsp-Vdt 其中，KV、KVI分别为速度控制器的比例系数和积分系数，Δδt为油门值的改变量； 步骤1.4：无人机在定点拉起达到安全飞行高度后，转入定常爬升阶段，以45°爬升角9ms速度定常爬升；定常爬升目标高度指令Hsp，目标爬升角γsp，高度和速度具体指令形式为： Hsp＝H0+Vsinγsp·t-t1 其中，H0为初始爬升高度；t为当前爬升时间；t1为起始爬升时间； 目标高度指令与实时高度做差得到高度反馈信息，将高度反馈信息输入比例-积分-微分环节生成目标俯仰角指令，俯仰角指令输入步骤1.2中的俯仰角控制回路，控制无人机稳定爬升；爬升阶段俯仰角控制律具体形式为： 其中，KH、KHI、KHD分别为高度控制回路的比例系数、积分系数和微分系数；H为当前高度； 步骤1.5：定常爬升阶段自动油门控制回路不变，根据内外环动力单元前进比与效率曲线分配不同的基础油门值，油门指令为基础油门值加上自动油门指令值； 所述串列翼无人机过渡飞行的控制方法为： 步骤2.1：爬升到一定高度后接收地面过渡指令，定常爬升阶段结束后无人机根据目标俯仰角指令和速度指令逐渐低头并提高速度，目标俯仰角和速度指令形式为： 其中，θclimb、Vclimb分别为无人机定常爬升时的俯仰角和速度，θcruise、Vcruise为设计的巡航俯仰角和巡航速度，t2为过渡开始时刻，t3为过渡结束时刻； 步骤2.2：过渡阶段自动油门控制指令只输出到外环动力单元，通过这种分配方式降低能源消耗； 所述串列翼无人机巡航飞行的控制方法为： 步骤3.1：无人机完成过渡后接收地面发送的前飞切换指令，接收切换信号后飞控系统判断当前状态是否达到巡航状态θcruise、Vcruise，若达到此状态则切换至巡航控制器； 步骤3.2：巡航飞行阶段使用总能量控制器控制无人机的高度和速度，用油门控制无人机的总能量，用升降副翼控制动能和势能之间的能量转换；总能量变化率差量为将总能量变化率差量输入比例-积分环节，得到油门控制量，油门控制量输入外环4个动力单元； 其中，和分别为总能量控制回路的比例系数和积分系数；为油门控制量； 能量分配律差量为能量分配律差量经过比例-积分环节得到巡航阶段目标俯仰角指令，目标俯仰角指令经过俯仰角比例环节，俯仰角速度比例-积分环节输出到升降副翼； 其中，和分别为能量分配控制回路的比例系数和积分系数； 当进行高度或速度控制时，补充以下控制律： 其中，Hsp为巡航阶段的期望飞行高度，Vsp为期望飞行速度，KH和Ka分别为高度控制和速度控制的比例系数；V为当前飞行速度；g为重力加速度； 步骤3.3：无人机巡航阶段的转弯控制使用L1导引方法，在无人机期望路径上选取一个参考点，无人机当前位置与参考点的连线为L1，基于无人机当前位置和参考点位置规划出一段与无人机当前速度相切的圆弧，此圆弧即为无人机飞往参考点的期望轨迹；控制无人机以目标点与当前位置之间的圆弧轨迹转弯；无人机转弯指令形式为： 其中，as为无人机转弯向心加速度，V为无人机飞行速度，R为转弯半径，R由L1决定，L1取无人机速度的六倍，η为无人机位置与目标位置连线与飞行速度方向之间的夹角，φsp为无人机滚转角指令； 步骤3.4：无人机目标滚转角指令与真实滚转角做差得到滚转角反馈信号，将滚转角反馈信号输入比例环节，得到滚转角速度目标指令，目标滚转角速度与真实滚转角速度做差得到滚转角速度反馈信号，将反馈信号输入滚转角速度控制回路，包括滚转角速度比例-积分环节，输出滚转角速度控制量到升降副翼； 其中，Kφ为滚转角比例系数，Kp、KpI分别为滚转角速度比例系数和滚转角速度积分系数；psp为期望滚转角速度；φ为当前滚转角；p为当前滚转角速度； 所述串列翼无人机垂直着陆的控制方法： 步骤4.1：无人机接收着陆指令，首先由巡航控制器控制无人机下滑飞行至指定高度H0，由着陆点位置和下滑起始点解算出下滑段下滑角： 其中，H1为无人机下滑起始点高度，ΔL为着陆点与下滑起始点水平距离，H0为下滑结束高度； 下滑段的速度、高度指令分别为： 其中，Vsp为下滑目标速度，给定值为18ms，t4为下滑开始时刻，t5为下滑结束时刻；Hsetpoint为下滑高度指令，H1为起始下滑高度，t为当前时刻； 步骤4.2：无人机飞控系统判断下滑至指定高度后，切换垂直着陆控制模式，控制无人机后向过渡，无人机姿态调整至垂直飞行状态下落至着陆点；后向过渡控制模式与跃起起飞模式相同，俯仰角控制指令输入到前后翼动力单元和升降副翼，滚转角控制指令输入到升降副翼，油门指令经分配后输入到各动力单元； 控制无人机由下滑段俯仰角θslip拉起至目标俯仰角θland，指令形式为： 其中θland＝90°，t6为拉起开始时刻，t7为拉起结束时刻； 后向过渡过程速度线性减小，指令形式为： 其中，Vvertical＝0，后向过渡的结束状态为垂直悬停飞行； 步骤4.3：无人机后向过渡完成后处于垂直悬停状态，保持此状态缓慢下落至地面；在垂直悬停状态下将垂直机体坐标系定义为，以质心为原点，垂直于旋翼轴向的平面为XY平面，且X轴位于无人机中心对称面上，X轴正向指向前翼的前方，旋翼轴向即为z轴方向；垂直飞行控制模式下无人机内环动力单元提供升力用以平衡重力，外环动力单元前后差动控制无人机俯仰姿态，使无人机前后运动，外环动力单元左右差动控制无人机滚转姿态，使无人机左右运动，外环动力单元对角线差动控制无人机偏航姿态，使无人机绕机体轴转动； 上下高度运动PD控制指令形式为： 其中，δt，inner表示内环油门指令；δt，base表示内环油门用以平衡重力的基础值；KH、KHD分别表示高度控制的比例系数和微分系数；Hsp为悬停状态期望高度；H为当前悬停高度； 水平面内的前后运动通过俯仰角运动实现，左右运动通过滚转角运动实现，将目标位置指令转换为俯仰角和滚转角指令的过程如下： 其中，xsp、ysp为水平面内目标位置；x、y分别无人机当前位置坐标；usp、vsp分别为期望前后速度和左右移动速度；u、v分别为当前前后速度和左右移动速度；ax、ay分别为前后和左右运动方向期望加速度；θv，sp为垂直机体坐标系下的期望俯仰角；φv，sp为垂直机体坐标系下的期望滚转角；ψv为当前垂直机体坐标系下的偏航角；g为重力加速度；Kx，Ku，Ky，Kv依次为x方向位置比例系数、x方向速度比例系数、y方向位置比例系数、y方向速度比例系数； 俯仰角控制的PI控制指令形式为： 其中，下标v表示垂直机体坐标系中的状态量；θv表示垂直机体坐标系下的俯仰角，δty表示前后翼外环动力单元的差动量； 滚转角控制的PI控制指令形式为： 其中，φv表示垂直机体坐标系下的滚转角，δtx表示机翼左右两侧动力单元的差动量； 偏航运动的PI控制指令形式为： δtz＝Krrsp-r+KrI∫rsp-rdt 其中，δtz表示以机翼左前右后、右前左后各为一组的动力单元差动量；Kr表示偏航角速度比例系数；KrI表示偏航角速度积分系数；r为当前滚转角速度； 步骤4.4：基于YOLO识别定位算法的定点着陆；垂直降落阶段，无人机机载相机与计算设备将开启识别模式，识别地面着陆标志，YOLO算法识别到地面标志后自动解算着陆点三维坐标信息，先导引无人机水平飞行至着陆点正上方，再垂直降落至着陆点；导引指令形式为导引轨迹上的三维坐标，输入垂直飞行控制器使无人机一步一步着陆到目标点上。

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