高仿真垂直起降和悬停性能的方法和系统研究
作者：威廉.逊.皮特
摘 要
具有多个推进器的组件，其中，每个推进器组件包括飞行器的多个子推进器，每个子推进器视作多个控制组中的一个。包括与所述飞行器的控制系统，其中控制系统选择一个推进器对照组并激活选定的对照组的副推进器的飞行器。
关键词：推进器 飞行器
研究背景
【0001】垂直起飞和着陆（“垂直起降”）的飞行器是飞机的一种，包括可以在空中悬停、起飞和降落的飞机以及直升机和其他有动力转子的飞机。它们是设计在应用有起伏地形的特殊环境、经常利用垂直起降系统的飞行器上。因此，一般垂直起降飞行器的起落架不仅适合跑道甚至在一定糟糕的平面上的情况下也可以运作。能够垂直起落和悬浮的常见飞行器有直升机,推力矢量飞机,倾转旋翼,转子动力飞机及其升级的机种。直升机是垂直起降的飞行器中最经典的机种，能执行所有能垂直起降、悬停能力飞行器所能执行的一切任务。现今，军队的V-22“鱼鹰”是唯一主要使用的倾转旋翼飞行器。
四旋翼飞行器在小型无人机（“UAV”）系统中越来越普遍。无论如何，典型的设计使用四旋翼飞行器垂直起降和过渡飞行概念，示范系统和本文所描述的方法将进一步观望基础架构和如何提高飞行器上。
发明概述
【0002】具有多个推进器组件的飞行器，其中每个推进器组件包括多个子推进器，每个子推进器被分成多个控制组和一个控制系统来接收飞行器的相关信息，其中推进器控制系统的由一个激活控制组和选择控制组组成。
【0003】接收到飞行器相关信号的方法，选择一个对飞行器子推进器控制组，其中飞行器包括多个推进器组成，每个推进器组件包括多个子推进器，每个子推进器又被分为一个对照组并输出控制信号来控制的一个控制组分的推进器。
【0004】一种非临时性的计算机可读存储介质，包括一组由处理器可执行的指令集合成。指令接收到飞行器的相关信号的集合，选择一个对飞行器推进器控制组，其中飞行器包括多个推进器组成，每个推进器组件包括多个子推进器，每个子推进器被分成一个控制信号组和推进器信号输出组。
图纸简要说明
【0005】图1显示的是一个飞机沿X轴、Y轴、Z轴定义了一个系统的一个实例，根据实施案例。
【0006】图2显示了一个四旋翼飞行器架构，包括四个主要转子部件或推力组件，来给飞行器提供升力。根据案例实施。
【0007】图3显示的是一个典型的架构，其中推力部件被划分成多个较小的推进器，推进器或替代推进器，根据实施案例。
【0008】图4显示的是一个典型的架构，其中四的推力分量均分成多个较小的推进器，推进器或替代推进器，根据实施案例。
【0009】图5显示了一个具有六个推力分量的示例性飞行器。
【0010】图6显示了一个具有八个推力分量的示例性飞行器。
【0011】图7所示的子结构有四个子推进器。
【0012】图8所示有五个子替补推进器结构。
【0013】图9所示有六个子替补推进器结构。
【0014】图10显示飞行器的L6转子结构高精度控制系统，根据实施案例。
【0015】图11显示出了操作基本架构的框图，根据实施案例。
【0016】图12显示出了操作控制模式的子推进器结构的框图，根据示范性实施案例。
【0017】图13显示了一个用于高精度的控制系统对车辆的多转子结构进行操作的方法，根据示范性实施案例。
【0018】图14显示了一个典型的多转子系统的高精度控制的单一飞行器，根据示范性实施案例。
【0019】图15显示了一个典型的高精度控制系统在运行过程中自适应学习和调整的方法。
详细说明
【0020】示范性实施案例可以进一步根据示范性实施有关附加图的下方说明，其中所述的要素具有相同的参考数字。示例性实施案例涉及的系统和方法，用于飞行器的高精度控制系统，如垂直起飞和着陆（“VTOL”）的 。具体的示例性实施案例涉及控制系统和利用不同推力的多轴悬停能力
【0021】盘旋能力的飞行器，如垂直起降能力需要以非常敏感的控制系统来抑制不良的飞行器动力学。具体而言，所使用的控制系统应允许用户保持一定的飞行器操作的飞行器位置或简单地在空间中保持位置。因此，为了实现这样的敏感的悬停和垂直起降演习，飞行器应能保持在约任何变化的三轴旋转，即辊轴、俯仰轴和偏航轴，以减少和控制这些轴移动。
【0022】如图1所示，一个飞机的100轴系统可被定义为X轴110，Y轴120和Z轴130。成角旋转的飞机100各轴110-130提供飞机的各种动作。具体来说，沿x轴110滚动旋转；沿Y轴120倾斜旋转；沿Z轴130偏航旋转。在图1中示出的坐标系可以在各种实施案例的说明中引用。
【0023】起飞、悬停的VTOL工具能力是一个复杂的操作，被考虑用来提升飞行器的力量必须等于飞行器的重量（例如，1g力）。这1克的力量应适用于这样一种方式，以允许飞行器在指定的位置由于干扰和外部环境力量的其他影响而不会变得不稳定。因此，飞行器的控制系统需要评估这些干扰和迅速响应。此响应将要求飞行器快速改变飞行器的力量和力矩。此外，系统数据和传感器信息（例如，反馈信息）提供给控制系统应该是非常准确的。例如，一个扰动小如2等级的一个1g力向量可能导致飞行器在3秒以内移动超过1米。因此，在下面更详细的细节描述中，示例性实施案例可以实现一个控制系统，具有精确的反馈信息、高频率控制信号响应和快速的系统响应的控制信号的能力。此处所描述的示例性系统和方法可以显著地提高控制系统的频率和系统响应时间，将主推力分量划分成多个控制结构。此外，这些多个控制架构可以利用在这样的方式，飞行器和飞行器的操作将更稳定，同时保持相对简单的设计。示范系统还允许一个让推进器故障修复的强大功能。接下来将有更多的细节描述包括一个高频率的系统响应的示范性实施案例，也包括快速地解释推进器故障更有效的自适应学习控制方法。
【0024】根据这样详细的展示，这个示范性案例将定向包括飞机相关的应用架构系统和方法，如旋翼飞机。然而，应该指出的是，模范的系统和方法的描述不仅限于飞机，可以适用于任何形式的运输，如空气、海洋、航天器（如空间探索飞行器），以及形式的任何组合。此外，示范性的系统和方法可被应用于具有任意数量的转子，转子发动机的结构，推力组件，风扇组件或任何其他类型的推进部件用于控制车辆的运动上。在“转子”转子发动机，“推力组件，“风扇”"风扇组件"，“推进部件”及其变体的描述上可以互换使用来描述向飞行器提供动力的任何方法。
【0025】如图2所示，一个简化的四旋翼飞行器结构200可以包括四个主要的转发动机，转子推力分量210-240为了示范飞行器提供升力。应该指出的是，典型的系统和方法不局限于旋翼的体现，从而可以实现在车辆具有任意数量的转子和/或推力组件。每个推力分量210-240可能被安排在这样一种方式通过使用差动推力控制飞行器的俯仰和横滚。具体来说，推进器组件210和230位于Y轴的两侧，从而控制飞行器的间距。推进器组件220和240位于X轴的两侧，从而控制飞行器的侧倾。所有四轴推力分量210-240控制翻译的总推力。
【0026】此外，Z轴旋转，可通过210和230在220和240的推力对相反方向操作推力对控制。因此，每个推力对提供的总推力的一半，从而导致偏航方向的力矩平衡，关于Z轴。翻译在X或Y轴可以通过利用一个推力对推力差诱导车辆的方向稍稍倾斜了。例如，在积极的方向转化，推力组件210可以增加，可以减少推力组件230。因此，这种差异可能会导致一个俯仰角倾斜转子建立在X轴的分力。根据倾斜的持续时间和倾斜的大小，所得到的速度和翻译可能会有所不同。
【0027】简化四旋翼飞行器结构的200还包括一个控制器250和传感器260，控制器250提供一个反馈回路。控制器250控制每个推力组件210-240单独操作，如配置推力对及统一。传感器可以测量260的推力分量210-240任何参数（例如，输出推力、效率等），飞行器（方向、速度、高度等）或周围环境（风速、风向、等）提供有关飞行器的运动在其运行稳定推进器组件21 0-240反馈信息。一个四旋翼飞行器的主要控制问题主要是泰宁飞行器的方向在俯仰和横滚方向。因此，控制器250，根据从传感器接收的反馈260，可以调整推力对的推力水平，以防止飞行器的旋转，以及防止飞行器从一个方向旋转或失去足够的推力，以保持飞行/悬停的飞行器。总之，飞行器的俯仰和滚转角的稳定是保持飞行器的整体控制的关键。应该指出的是，一个单一的控制器使用250只示范，多个控制器和/或控制元件可以用来控制推力分量210-240。
【0028】图3显示的是一个示范性建筑300其中推力分量210分为多个较小的推进器，推进器或子207-211，根据一个示例性实施例。应该注意的是，在图3中所示的组件是不可扩展的，仅仅是为了理解的目的，而不是用来描述架构组件的尺寸。
【0029】因此，当这些子推进器211-214结合，示范建筑300可以作为一个较大的推力分量210-240飞行器拥有相同的控制效果。换句话说，运动一般控制逻辑的旋翼系统可能仍然持有。如果每个子推进器211-214仅仅是大推力组件210和每个子推进器的一部分与控制逻辑，利用所有的子推进器211-214立刻控制（例如，如果控制特定推力组件210），然后分推系统可以工作在相同的方式为四旋翼飞行器结构200图2。例如，同时增加各推进器推力的推力分量207-211 210同时减少所有子推进器推力分量在230，仍然会导致飞行器间距和X轴上的移动。
