(19)中华 人民共和国 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 202111454872.1 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 之江实验室 地址 310023 浙江省杭州市余杭区文一西 路1818号人工智能小镇10号楼 (72)发明人 严旭飞　谢安桓　张丹　蔡建东　 娄斌　王晓波　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 代理人 邱启旺 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) B64F 5/00(2017.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种多旋翼飞行器的旋翼交叉倾斜角优化 方法 (57)摘要 本发明公开了一种多旋翼飞行器的旋翼交 叉倾斜角优化方法， 包括旋翼交叉倾斜配置方 法， 以及旋翼交叉倾斜角的具体分析和优化方 法。 本发明方法可以综合考虑旋翼交叉倾斜角对 飞行器各个通道油门的影 响， 以及旋翼倾斜安装 误差对偏航控制油门的影 响。 通过本发明优化得 到的旋翼交叉倾斜角， 既可以提高多旋翼飞行器 偏航运动的操纵功效， 降低偏航控制油门量， 又 能尽量减小其与姿态、 升力控制通道的耦合， 并 进一步降低旋翼动力系统安装精度的要求。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 114218670 A 2022.03.22 CN 114218670 A 1.一种多旋翼飞行器的旋翼交叉倾 斜角优化方法， 其特 征在于， 包括： (1)建立带有旋翼交叉倾 斜角in参数的多旋翼飞行器飞行动力学模型。 (2)在以上模型中加入旋翼倾 斜安装误差或者公差范围。 (3)设计具有双重迭代性质的数值优化方法， 以飞行器各个通道总油门平方和最小为 目标函数， 优化得到 当前负载、 飞行速度， 以及旋翼 倾斜安装误差或者 公差范围下的旋翼交 叉倾斜角。 2.根据权利要求1所述所述多旋翼飞行器的旋翼交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 步 骤(3)包括： 主迭代优化的设计变量为旋翼交叉倾斜角in， 设计变量约束为旋翼交叉倾斜角的可用 范围， 设计变量in的迭代初始值为0度， 目标函数为最小化飞行器总油门指令平方和， 其中 飞行器总油门指令平方和由子迭代计算得到。 主迭代采用数值优化方法判断目标函数是否 收敛， 如果收敛则输出当前旋翼交叉倾斜角in， 否则根据目标函数与当前设计变量， 继续更 新旋翼交叉倾 斜角in直到收敛。 子迭代优化的设计变量为飞行动力学模型中的状态量和控制量， 迭代初始值默认为0， 其中体轴系速度初始值可以根据飞行任务给出或者默认为0； 末端值为飞行任务需要的地 轴系飞行速度， 目标函数为配平飞行动力学模型右端项， 使飞行器达到稳态水平飞行状态。 子迭代采用数值优化方法判断目标函数是否收敛， 如果收敛则输出飞行器总油门指令平 方 和， 进入主迭代， 否则继续更新状态量和控制量 直到收敛。 3.根据权利要求2所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 旋翼以 机臂方向为轴进行倾斜， 其中相邻旋翼之间的倾斜角度方向相反， 大小一致。 倾斜后， 旋翼 产生切向拉力分量， 从而对机体重心产生偏航力矩。 如果已经确保该偏航力矩与旋翼对机体产生的负扭矩方向一致， 则主迭代设计变量的 约束方程 为： 0°≤in≤30° 如果不确定该偏航力矩与旋翼对机体产生的负扭矩方向是否一致， 则主迭代设计变量 的约束方程 为： ‑30°≤in≤30°。 4.根据权利要求2所述多旋翼飞行器的旋翼交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 步骤 (3)包括以下步骤： (3.1)给出主迭代设计 变量in的初始值， 迭代初始值默认为0 。 (3.2)进入主迭代 计算过程： 用当前的主迭代设计变量in更新多旋翼飞行器飞行动力学 模型， 并在模型中加入旋翼倾 斜安装误差或者公差范围。 (3.3)进入子迭代计算过程： 给出子迭代设计变量的初始值和 末端值， 设计变量迭代初 始值默认为0， 其中体轴系速度初始值可以根据飞行任务给出或者默认为0； 末端值为飞行 任务需要的地轴系飞行速度。 采用数值优化方法进行迭代计算， 直到配平飞行动力学数学 模型右端 项， 随后输出飞行器总油门指令平方和给主迭代； (3.4)再进入主迭代计算过程： 采用数值优化方法判断当前的飞行器总油门指令平方 和是否收敛， 如是， 输出in； 如不是， 则更新主迭代设计 变量in， 回到步骤(3.2)。 5.根据权利要求2所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 所述数权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218670 A 2值优化方法为序列二次规划算法。 6.根据权利要求2所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 主迭代 目标函数的迭代 精度为10‑5。 7.根据权利要求2所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 子迭代 目标函数的迭代 精度为10‑5。 8.根据权利要求1所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 所述多 旋翼飞行器为四个或以上偶数旋翼的飞行器。 9.根据权利要求1所述多旋翼飞行器的旋翼 交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 所述交 叉倾斜指旋翼以机臂方向为轴进行倾 斜， 其中相邻旋翼之间的倾 斜角度相反。 10.根据权利要求1所述多旋翼飞行器的旋翼交叉倾斜角优化方法， 其特征在于， 对不 同负载、 不同旋翼总倾斜安装误差绝对值、 不同飞行速度下的旋翼交叉倾斜角进 行分析， 最 后以飞行任务 为目标， 选择合理的旋翼交叉倾 斜角。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218670 A 3