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申请/专利权人：中国人民解放军国防科技大学

摘要：本发明公开了一种带浮筒的水空两栖无人机跨介质起飞纵向姿态控制方法，包括以下步骤：S1、将无人机的控制系统分成动力系统、控制器和无人机纵向运动动力学模型这三部分；S2、动力系统解依靠虚拟力N改变无人机的前进速度，通过升降舵改变飞行姿态；S3、控制器控制起飞过程中的纵向姿态；S4、动力学模型根据动力系统的输出控制作用于无人机上的力和力矩，调整无人机纵向姿态。本发明针对水空两栖无人机水上起飞非线性强耦合特性，创造性地提出了“自抗扰+自适应动态逆”控制方法，具有易于实现、控制简单且飞机跨介质起飞姿态稳定等优点，自适应动态逆控制将非线性反馈量线性化后进行状态解耦，自抗扰控制进一步解决了水动力精确建模困难的问题。

主权项：1.一种带浮筒的水空两栖无人机跨介质起飞纵向姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将无人机的控制系统分成三部分，控制旋翼转速和升降舵偏转角度的动力系统、基于自抗扰控制和自适应动态逆控制方法构建的控制器以及带浮筒的水空两栖无人机纵向运动动力学模型；S2、动力系统中的控制升降舵模块根据无人机的俯仰角速率、纵向上的飞行速度分量、飞行速度以及虚拟滚转力矩R、虚拟俯仰力矩P解算出升降舵偏转角度；动力系统中的电机转速模块通过设定旋翼倾转角度和虚拟力N改变电机转速；依靠虚拟力N改变无人机的前进速度，通过升降舵改变飞行姿态；S3、控制器根据期望高度、实际高度、无人机俯仰角、俯仰角速率、起飞速度、实际速度控制起飞过程中的纵向姿态；S4、带浮筒的水空两栖无人机的纵向运动动力学模型根据动力系统的输出控制作用于无人机上的力和力矩，在建立的纵向运动动力学模型基础上计算出无人机的状态，将状态作为反馈信号调整无人机纵向姿态；所述步骤S1中的带浮筒的水空两栖无人机纵向运动动力学模型的建立过程为：计算无人机在水面滑跑时浮筒受到的水作用力，完善水动阻力分析，完成浮筒带来的总的水作用力和力矩推导；所述带浮筒的水空两栖无人机纵向运动动力学模型为： 式中：m为无人机质量，u和w为无人机在Xb轴和Zb轴的速度分量，q为俯仰角速度，Iy为无人机在Yb轴的转动惯量，和为无人机重心在地面坐标系平面Xg,Zg的投影坐标，Nw为水动压力，Da为气动阻力，La为气动升力，Ma为气动俯仰力矩，MT为电机推力的俯仰力矩，θ为俯仰角，T为两个电机提供的推力，αi为纵向上电机安装角偏差，表示俯仰角速率，Mw表示水动力产生的俯仰力矩，表示俯仰角加速度，为无人机攻角角速度，α为无人机攻角，Df为水作用力中的摩擦阻力，Gxa为重量G在X轴上的分量，Gza为重量G在Z轴上的分量，为无人机的加速度。

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