一种六旋翼飞行器的容错控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于旋翼飞行器的飞行控制领域，具体涉及一种六旋翼飞行器的容错控制 方法。
【背景技术】
[0002] 六旋翼飞行器具有垂直起降、稳定悬停和自主巡航的能力，其在军事和民事领域 具有广泛的用途。军事上，可用于侦察监视、毁伤评估、城市巷战和通信中继等；民事上，可 用于航拍、环境监测、森林防火和电力巡检等。
[0003] 六旋翼飞行器是一个多变量、非线性、强耦合的系统，具有比较复杂的动力学特 性。但是其结构比较简单，而且机载系统多数都是单余度设计，在飞行的过程中，由于风扰、 发动机振动和碰撞障碍物等原因，其机械组件和电调等部件比较容易出现故障。如果故障 不能被检测出来并快速进行处理，六旋翼飞行器就会由于受力不平衡而失去控制，会导致 坠机等事故。因此，对于六旋翼飞行器来说，容错控制技术就成为提高其安全性和可靠性的 关键技术。所谓容错控制，就是飞行器的某些部件发生故障的情况下，系统仍能按照原定的 性能指标或者性能指标有所降低，安全的完成既定任务。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提出一种六旋翼飞行器的容错控制方 法，以实现在飞行器发生某些系统故障的情况下，仍能实现六旋翼飞行器的有效控制。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 六旋翼飞行器若出现导致单个旋翼停转的故障，切断给该旋翼的供电，同时切 断其相隔180°位置的旋翼的供电，并停止输出这两个旋翼的控制信号；若出现导致相隔 180°的两个旋翼均停转的故障，则直接切断给这两个旋翼的供电，同时停止输出这两个旋 翼的控制信号，并重新按照"斜十字型"四旋翼飞行器的布局对六旋翼飞行器其余四个旋翼 进行控制。具体包括如下步骤：
[0007] 步骤一：故障检测模块实时对六旋翼飞行器进行故障检测，若没有故障出现，则重 复进行步骤一。
[0008] 若出现导致单个旋翼停转的故障或导致相隔180°的两个旋翼均停转的故障，则 转步骤二。
[0009] 步骤二：若出现导致单个旋翼停转的故障，切断给该旋翼的供电，并切断其相隔 180°位置的旋翼的供电，同时停止输出这两个旋翼的控制信号。
[0010] 若出现导致相隔180°的两个旋翼均停转的故障，则直接切断给这两个旋翼的供 电，同时停止输出这两个旋翼的控制信号。
[0011] 步骤三：六旋翼飞行器在停转两个旋翼之后，变成了一个"斜十字型"四旋翼飞行 器，重新按照"斜十字型"四旋翼飞行器的布局对六旋翼飞行器进行控制。
[0012] 在步骤三中，若旋翼1或旋翼4单独故障，或旋翼1和旋翼4同时出现故障，切断 给旋翼1和4的供电，同时停止输出这两个旋翼的控制信号，保持原有的机体坐标轴方向不 变。
[0013] 则原来飞行器模型的控制变量由原来的6个变为4个，其他模型参数不变。
[0014] 原有的控制量解算过程不变，仍然由期望姿态角和高度计算模块根据相应的姿态 角和高度指令，计算得到期望的姿态角和高度值，并与姿态角和高度传感器反馈的实际姿 态角和高度值相减，得到姿态角和高度的控制误差；控制量解算模块通过对姿态角和高度 的控制误差的计算，得到相应的俯仰控制量、滚转控制量、偏航控制量和油门控制量。
[0015] 由于切除了旋翼1和4,导致俯仰轴的控制能力减弱为原来的i，为取得和原来的 控制相似的控制效果，对得到的俯仰控制量乘以2 ;旋翼1和4不提供滚转控制力矩，所以 滚转轴的控制量不变；由于旋翼1和4的旋转方向相反，其产生的反扭力矩本身就已经相互 抵消，所以对偏航轴的稳定没有影响，但由于切除了这两个旋翼，导致原来的偏航控制能力 减弱为原来的4 *为取得和原来的控制相似的控制效果，对得到的偏航控制量乘以1. 5 ;由 于切除旋翼1和4,原来的油门控制能力减弱为原来的I ^为取得和原来的控制相似的控制 3 效果，对得到的油门控制量乘以1. 5。
[0016] 在通过控制分配模块对以上四个补偿后新的控制量进行分配时，改变原有的分配 矩阵，不再给旋翼1和旋翼4分配控制量，得到新的分配矩阵。
[0017] 假设故障前分配矩阵为：
[0018]
【主权项】
1. 一种六旋翼飞行器容错控制方法，其特征在于，若出现导致单个旋翼停转的故障，切 断给该旋翼的供电，同时切断其相隔180°位置的旋翼的供电，并停止输出这两个旋翼的控 制信号；若出现导致相隔180°的两个旋翼均停转的故障，则直接切断给这两个旋翼的供 电，同时停止输出这两个旋翼的控制信号，并重新按照"斜十字型"四旋翼飞行器的布局对 六旋翼飞行器其余四个旋翼进行控制。
2. 根据权利要求1所述的六旋翼飞行器容错控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：故障检测模块实时对六旋翼飞行器进行故障检测，若没有故障出现，则重复进 行步骤一； 若出现导致单个旋翼停转的故障或导致相隔180°的两个旋翼均停转的故障，则转步 骤二； 步骤二：若出现导致单个旋翼停转的故障，切断给该旋翼的供电，并切断其相隔180° 位置的旋翼的供电，同时停止输出这两个旋翼的控制信号； 若出现导致相隔180°的两个旋翼均停转的故障，则直接切断给这两个旋翼的供电，同 时停止输出这两个旋翼的控制信号； 步骤三：六旋翼飞行器在停转两个旋翼之后，变成了一个"斜十字型"四旋翼飞行器，重 新按照"斜十字型"四旋翼飞行器的布局对六旋翼飞行器进行控制。
3. 根据权利要求2所述的六旋翼飞行器容错控制方法，其特征在于，步骤三中，若旋翼 1或旋翼4单独故障，或旋翼1和旋翼4同时出现故障，切断给旋翼1和4的供电，同时停止 输出这两个旋翼的控制信号，保持原有的机体坐标轴方向不变； 则原来飞行器模型的控制变量由原来的6个变为4个，其他模型参数不变； 原有的控制量解算过程不变，仍然由期望姿态角和高度计算模块根据相应的姿态角和 高度指令，计算得到期望的姿态角和高度值，并与姿态角和高度传感器反馈的实际姿态角 和高度值相减，得到姿态角和高度的控制误差；控制量解算模块通过对姿态角和高度的控 制误差的计算，得到相应的俯仰控制量、滚转控制量、偏航控制量和油门控制量； 由于切除了旋翼1和4,导致俯仰轴的控制能力减弱为原来的4 *为取得和原来的控 制相似的控制效果，对得到的俯仰控制量乘以2 ;旋翼1和4不提供滚转控制力矩，所以滚 转轴