全驱动三轴可倾转旋翼飞行器位姿解耦控制研究

摘要

传统三旋翼飞行器由于控制输入数量少于自由度，位置和姿态控制之间存在耦合，限制了机动性。为解决这一问题，提出一种全驱动三轴可倾转旋翼飞行器，采用共轴双旋翼设计，实现位置和姿态的解耦控制，拓宽多旋翼飞行器的应用场景。根据牛顿欧拉法建立飞行器的动力学模型，采用变量代换方法设计飞行器的控制分配方案，使用单位四元数描述姿态以实现大姿态角变化，采用串级PID设计飞行器的位姿控制器。在Simulink中搭建仿真平台，基于Ardupilot飞控搭建实机验证平台。结果表明：全驱动三轴可倾转旋翼飞行器可实现位置和姿态的解耦控制，完成欠驱动飞行器不能实现的动作，例如悬停变姿态和定姿态轨迹跟踪。

关键词

全驱动 / 倾转旋翼 / 控制分配 / 共轴双旋翼 / 单位四元数

基金资助

国家重点研发计划青年科学家项目(2023YFB3306600)