一種飛行器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及飛行器技術領域，具體涉及一種飛行器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]隨著科技的發展，無人飛行器的技術也越來越先進，現在市面上的無人飛行器主要包括兩種，即固定翼型飛行器和旋翼型飛行器。由于結構的限制，固定翼型飛行器和旋翼型飛行器各自具備他們的優點和缺點。固定翼型飛行器利用機翼產生升力、需要跑道，不具備垂直起降的能力；旋翼型飛行器具備垂直起降的能力，但是沒有長時間續航能力和借助機翼漂浮的能力。
【發明內容】
[0003]本發明目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種飛行器及其控制方法，結合了固定翼型飛行器和旋翼型飛行器的優點，具備了長時間續航、借助空氣漂浮、垂直起飛、懸停和降落的特點，節約了起降空間，對跑道沒有特別的要求。
[0004]為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下:
一種飛行器，包括機身、機頭、左翼、右翼、控制系統、左舵面、右舵面、左電機、右電機、左垂直尾翼和右垂直尾翼;所述機身兩側分別設有平飛時能借助氣流滑翔的左翼和右翼，所述左翼和右翼底部設有可調整活動角度的左舵面和右舵面，所述左翼和右翼底部還分別設有作為起落架的左垂直尾翼和右垂直尾翼;所述左翼和右翼上還分別設有安裝有螺旋槳的左電機和右電機;所述控制系統的輸出端與左電機、右電機、左舵面和右舵面連接，所述控制系統包括處理器、與處理器連接的陀螺儀和加速度計。
[0005]—種飛行器的控制方法，控制系統接收并且執行飛行指令，所述飛行指令包括起飛、平飛、懸停和降落，實現飛行器的起飛過程、平飛過程、懸停過程和降落過程，所述起飛過程、平飛過程、懸停過程和降落過程中控制系統自主調節飛行姿態，使得飛行器能持續處于目標飛行姿態，所述目標飛行姿態包括，在起飛過程中保持垂直上升姿態、在降落過程中保持垂直下降姿態、在懸停過程保持機頭向上、機身垂直的懸停姿態、在平飛過程保持機頭向前能借助氣流滑翔的平飛姿態。
[0006]具體地，所述控制系統自主調節飛行姿態包括以下步驟:
(1)加速度計和陀螺儀測量飛行器加速度和角速度數據并發送給處理器，處理器通過對加速度和角速度數據計算得出飛行器實時狀態數據;所述飛行器實時狀態數據包括飛行器相對于地平面俯仰、橫滾和朝向角；
(2)處理器對飛行器實時狀態數據和實現目標飛行姿態所需要的數據進行對比，若實時狀態數據與實現目標飛行姿態所需要的數據存在偏差，執行步驟(3);
(3)根據步驟(2)，處理器進行處理，對舵面和/或電機發出指令信號，使電機和/或舵面進行調整，使得飛行器在起飛過程、降落過程、平飛過程和懸停過程保持目標飛行姿態。
[0007]具體地，在起飛過程中保持垂直上升姿態包括以下步驟: 控制器控制左電機和右電機同時加速，實現飛行器上升；
處理器將飛行器飛行的實時狀態數據與目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，以保證飛行器的垂直上升姿態。
[0008]具體地，在降落過程保持垂直下降姿態包括以下步驟:
控制器控制左電機和右電機同時減速，實現飛行器下降；
處理器將飛行器飛行的實時狀態數據與目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，以保證飛行器垂直下降姿態。
[0009 ]具體地，在懸停過程保持機頭向上、機身垂直的懸停姿態包括以下步驟:
控制器控制電機的轉速，使電機產生的推力與飛行器重力相同，實現飛行器懸停過程；處理器將飛行器飛行的實時狀態數據與目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，以保證飛行器的懸停姿態。
[0010]具體地，飛行器發生左傾/右傾時，處理器處理陀螺儀和加速度計測量出的飛行器的實時狀態數據后對電機進行控制調整，控制系統對左電機和右電機輸出差速信號，使左電機的轉速和右電機的轉速不相同，直至飛行器達到目標飛行姿態；
飛行器發生后傾/前傾時，處理器處理陀螺儀和加速度計測量出的飛行器的實時狀態數據后對左舵面和右舵面進行控制調整，使兩個舵面同時朝同一方向傾斜，直至飛行器達到目標飛行姿態；
當飛行器以機身為轉動軸向右/向左滾轉時，處理器處理陀螺儀和加速度計測量出的飛行器的實時狀態數據后對左舵面和右舵面進行控制調整，控制系統對左舵面和右舵面輸出差動信號，使得一個舵面抬高，另一個舵面下壓，直至飛行器達到目標飛行姿態。具體地，在平飛過程保持機頭向前、借助氣流滑翔的平飛姿態包括以下步驟；
當飛行器發生傾斜時，處理器將飛行器實時狀態數據與飛行器保持目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，保持飛行器的水平飛行。
[0011]具體地，飛行器向左/右傾斜時，處理器對比飛行器飛行的實時狀態數據和飛行器標準數據后對舵面輸出信號，使得舵面向同一方向傾斜，利用風給舵面的力來實現飛行器的目標飛行姿態；
飛行器向前/后傾斜時，處理器對比飛行器飛行的實時狀態數據和飛行器標準數據后對舵面輸出差動信號，使舵面向不同方向傾斜，直至飛行器達到目標飛行姿態；
當以機頭為轉動點，機尾向左/右移動時，處理器處理陀螺儀和加速度計測量出飛行器飛行的實時狀態數據后對電機進行控制調整，控制系統對左電機和右電機輸出差速信號，使左電機的轉速和右電機的轉速不相同，直至飛行器達到目標飛行姿態。
[0012]具體地，上述垂直上升姿態/垂直下降姿態/懸停姿態與平飛姿態互相轉換，包括以下步驟:
控制系統輸出舵面控制信號，控制兩個舵面角度下壓，實現垂直上升姿態/垂直下降姿態/懸停姿態時的機頭低頭切換成水平姿態。
[0013]控制系統輸出舵面控制信號，控制兩個舵面角度抬起，實現水平姿態切換為垂直上升姿態/垂直下降姿態/懸停姿態。
[0014]具體地，得到上述目標飛行姿態所需要的數據包括以下步驟:
(al)將飛行器垂直放置和水平放置； (a2)處理器得到加速度計和陀螺儀發出的數據；
(a3)處理器將得到的數據進行處理后設定為目標飛行姿態所需要的數據。
[0015]本發明與現有技術相比，具有以下優點:
本發明所述的飛行器控制方法，使得能夠實現無人飛行器的垂直起飛、懸停和降落，即具備了固定翼型飛行器的優點也具備了旋翼型飛行器的優點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的結構示意圖。
[0017]其中，附圖標記如下:卜機身，2-左翼，3-右翼，4-左舵面，5-右舵面，6-左電機，7_右電機，8_左垂直尾翼，9_右垂直尾翼，I O-控制系統，11 -機頭。
【具體實施方式】
[0018]本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種飛行器及其控制方法。
[0019]下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。
實施例
[0020]如圖1所示，一種飛行器，包括機身1、機頭11、左翼2、右翼3、控制系統、左舵面4、右舵面5、左電機6、右電機7、左垂直尾翼8和右垂直尾翼9。所述機身兩側分別設有平飛時能借助氣流滑翔的左翼和右翼，所述左翼和右翼底部設有可調整活動角度的左舵面和右舵面，所述左翼和右翼底部還分別設有作為起落架的左垂直尾翼和右垂直尾翼;所述左翼和右翼上還分別設有安裝有螺旋槳的左電機和右電機。所述控制系統的輸出端與左電機、右電機、左舵面和右舵面連接，所述控制系統10包括處理器、與處理器連接的陀螺儀和加速度計。
[0021]—種飛行器的控制方法，控制系統接收并且執行飛行指令，所述飛行指令包括起飛、平飛、懸停和降落，實現飛行器的起飛過程、平飛過程、懸停過程和降落過程，其特征在于，所述起飛過程、平飛過程、懸停過程和降落過程中控制系統自主調節飛行姿態，使得飛行器能持續處于目標飛行姿態，所述目標飛行姿態包括，在起飛過程中保持垂直上升姿態、在降落過程中皆保垂直下降姿態、在懸停過程保持機頭向上、機身垂直的懸停姿態、在平飛過程保持機頭向前能借助氣流滑翔的平飛姿態。
[0022]具體地，所述控制系統自主調節飛行姿態包括以下步驟:
(1)加速度計和陀螺儀測量飛行器加速度和角速度數據并發送給處理器，處理器通過對加速度和角速度數據計算得出飛行器實時狀態數據;所述飛行器實時狀態數據包括飛行器相對于地平面俯仰、橫滾和朝向角；
(2)處理器對飛行器實時狀態數據和實現目標飛行姿態所需要的數據進行對比，若實時狀態數據與實現目標飛行姿態所需要的數據存在偏差，執行步驟(3);
(3)根據步驟(2)，處理器進行處理，對舵面和/或電機發出指令信號，使電機和舵面進行調整，使得飛行器在起飛過程、降落過程、平飛過程和懸停過程保持目標飛行姿態。
[0023]具體地，在起飛過程中保持垂直上升姿態包括以下步驟:
控制器控制左電機和右電機同時加速，實現飛行器垂直上升；
處理器將飛行器飛行的實時狀態數據與目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，實現飛行器的垂直上升姿態。
[0024]具體地，在降落過程保持垂直下降姿態包括以下步驟:
控制器控制左電機和右電機同時減速，實現飛行器垂直下降；
處理器將飛行器飛行的實時狀態數據與目標飛行姿態所需要的數據進行對比后，對舵面和/或電機進行控制調整，實現飛行器的垂直下降姿態。
[0025]具體地，在懸停過程保持機頭向上、機身垂直的懸停姿態包括以下步驟:
控制器控制電機的轉速，使電機產