执行器完全失效下直升机四旋翼飞行器的全姿态智能控制器设计

本文设计了一种可靠的直升机四旋翼飞行器(Heliquad)，并开发了智能控制器以应对一个执行器完全失效的情况。Heliquad是一种类似于四旋翼的多旋翼飞行器，具有四个相对于中心对角对称的执行器。每个执行器有两个控制输入：第一个输入改变螺旋桨叶片的总距(也称变距)，另一个输入改变转速。为满足偏航控制的可靠运行和高力矩特性要求，采用弧形翼型设计螺旋桨叶片。设计了一种基于神经网络的控制分配方法，即使在一个执行器完全丧失的情况下也能提供完整的控制权限。控制器设计采用了基于非线性四元数的外环位置控制、比例-微分内环姿态控制以及基于神经网络的控制分配。所提出的控制器与Heliquad设计的性能通过软件在环仿真进行评估，以在失效下跟踪位置参考指令。结果清楚地表明，配备智能控制器的Heliquad即使在一个执行器完全丧失的情况下也能提供必要的跟踪性能。