(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211123473.1 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 哈尔滨工业大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西 大直街92号 (72)发明人 李湛　杨义鹏　于兴虎　高会军　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 岳昕 (51)Int.Cl. B64C 27/08(2006.01) B64C 13/50(2006.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种双轴倾转矢量旋翼飞行器及其扰动补 偿控制方法 (57)摘要 一种双轴倾转矢量旋翼飞行器及其扰动补 偿控制方法， 涉及飞行控制技术领域， 针对现有 技术中飞行器在调整姿态时， 位置会因为姿态的 变化而发生改变， 即现有技术不能针对姿态和位 置的耦合， 实现解耦的问题， 本申请通过机械结 构的驱动， 使旋翼机的每个旋翼可以独立的产生 三维空间矢量推力， 当采用的可倾转旋翼数量大 于等于二时， 旋翼飞行器的姿态控制与位置控制 可以实现解耦， 进一步提升旋翼飞行器的飞行能 力， 从而进一步扩展其应用场景。 权利要求书4页 说明书9页 附图3页 CN 115477006 A 2022.12.16 CN 115477006 A 1.一种双轴倾转矢量旋翼飞行器， 其特征在于所述旋翼飞行器至少包括两个矢量推力 产生结构； 所述矢量推力产 生结构包括： 第一驱动舵机(1)、 舵机支撑结构(2)、 第一舵机舵盘(3)、 第一连接件(4)、 矢量推力机臂(5)、 第二连接件(6)、 第二驱动 舵机(7)、 第二舵机舵盘(8)、 第三舵机舵盘(9)、 第三连接件(10)和第四连接件(13)； 所述矢量推力机臂(5)的一端通过第一连接件(4)与第一舵机舵盘(3)连接， 所述第一 舵机舵盘(3)与第一 驱动舵机(1)连接， 所述第一 驱动舵机(1)通过舵机支撑结构(2)设置在 机身上； 所述矢量推力机臂(5)的另一端通过第四连接件(13)和第二连接件(6)与第二舵机舵 盘(8)和第三舵机舵盘(9)连接， 所述第二舵机舵盘(8)和第三舵机舵盘(9)通过第三连接件 (10)与旋翼连接； 所述矢量推力机臂(5)的轴向为x方向； 所述x方向垂直的方向为y方向； 所述第一舵机舵盘(3)产生x方向矢量力旋转； 所述第二驱动舵机(7)和第二舵机舵盘(8)产生y方向矢量力旋转。 2.根据权利要求1所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器， 其特征在于所述矢量推力产 生结构还 包括轴承(1 1)和轴承支撑结构(12)； 所述轴承(1 1)通过轴承支撑结构(12)设置在矢量推力机臂(5)上。 3.基于权利要求1所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器的扰动补偿控制方法， 其特征 在于包括以下步骤： 步骤一： 对飞行器进行动力学建模， 得到动力学模型； 步骤二： 根据动力学模型设计位置环基础控制器和姿态环基础控制器， 并得到位置环 基础控制器的输出和姿态 环基础控制器的输出； 步骤三： 设计位置环的扰动力补偿器和姿态环的扰动力补偿器， 并得到位置环的扰动 力补偿器的输出以及姿态 环的扰动力补偿器的输出； 步骤四： 将位置环基础控制器的输出、 姿态环基础控制器的输出、 位置环的扰动力补偿 器的输出以及姿态环的扰动力 补偿器的输出进行结合， 进而得到每个舵机的转角和无刷电 机提供的推力数值大小。 4.根据权利要求3所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器的扰动补偿控制方法， 其特征 在于所述动力学模型表示 为： 其中， mb为飞行器的质量， Jb为飞行器的惯性张量， fa,fg,fdis分别为气动力、 重力、 扰动 力， ta,tg,tdis分别为气动力矩、 重力力矩、 扰动力矩， 为实时加速度， ωb为实时角速度， 为实时角加速度。 5.根据权利要求4所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器的扰动补偿控制方法， 其特征 在于所述 步骤二的具体步骤为： 忽略扰动力fdis和扰动力矩tdis， 根据动力学模型设计位置环和姿态换基础控制器， 得权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115477006 A 2到位置环基础控制器的输出fb和姿态环基础控制器的输出tb。 6.根据权利要求5所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器的扰动补偿控制方法， 其特征 在于所述 位置环的扰动力补偿器设计步骤如下： 步骤1： 定义深度强化学习状态量： ep, u分别对应该位置通道位置 偏差、 速度、 加速度、 控制器输出； 步骤2： 定义深度强化学习奖励函数： 其中， it为单次训练的步数长度， 训练过程中， 设置训练停止条件， |ep|＞5， 即满足停止 条件时停止本轮训练， 开始下一轮训练， k1,k2,k3为根据|ep|设置的系数， k1,k2,k3规则如 下： 步骤3： 根据深度强化学习状态量以及深度强化学习奖励函数选择适用于连续状态空 间和连续动作空间的深度强化学习方法进行训练， 得到智能体， 即扰动力补偿器。 7.根据权利要求6所述的一种双轴倾转矢量旋翼飞行器的扰动补偿控制方法， 其特征 在于所述姿态 环的扰动力补偿器设计步骤如下： 步骤A： 定义深度强化学习训练的状态量： 其 中 ， qe 1,qe 2,qe 3,qe 4为 姿 态 偏 差 的 四 元 数 为 下 的 各 元 素 ，满 足 qe为姿态四元数偏差， qt为期望姿态四元数， 为机体姿 态四元数的共轭， ω1,ω2,ω3为机体角速度的各 元素， 满足ωb＝[ω1 ω2 ω3]， 为 机体角加速度的各元素， 满足 m1,m2,m3为已知力矩总和的各元素， 满足 ta‑ωb×Jbωb＝[m1 m2 m3]； 步骤B： 定义深度强化学习奖励函数：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115477006 A 3