For designs like the tiltrotor unmanned aerial vehicles (UAVs) and the aerodynamically similar tailsitter and tiltwing UAVs that can convert between helicopter flight and fixed-wing modes and thus feature both efficient and fast cruise flight, as well as vertical take-off and landing (VTOL) capabilities, the dynamics during the transition flight are often dominated by strongly nonlinear aerodynamic effects mainly caused by high angles of attack on the wing with stalled flow states and the external disturbances, including the rotor-wing aerodynamic interference and the environmental wind. This study proposed a novel nonlinear blended aerodynamic model used to aggregate the flat-plate mode and the linear mode of the aerodynamic coefficients, whose aerodynamic coefficient predictions in the stalled region cause the aerodynamic coefficient variations compared with the wind tunnel data. A super-twisting sliding mode controller (STSMC), which is robust to internal disturbances and capable of attenuating chattering, is employed to address the aerodynamic coefficient variations in the stalled region. Additionally, a harmonic disturbance observer (HDO) is introduced to provide an accurate estimation of the external harmonic disturbances, which will further be compensated for with STSMC. The comparative results with the wind tunnel data verified the feasibility and superiority of the proposed HDO-STSMC with the nonlinear blending aerodynamic model due to the insensitivity to aerodynamic coefficient variations of the robust STSMC and the accurate disturbance estimation of the HDO. Two performance indices revealed the robust stability and rapid convergence of the proposed transition blended aerodynamic model with the HDO-STSMC control scheme.
틸트로터 무인 항공기(UAV) 및 헬리콥터 비행과 고정익 모드 간 전환이 가능하여 효율적이고 빠른 순항 비행과 수직 이착륙 기능을 모두 갖춘 공기역학적으로 유사한 테일시터 및 틸트윙 UAV와 같은 설계의 경우( VTOL) 기능, 전환 비행 중 역학은 종종 주로 발생하는 강력한 비선형 공기 역학적 효과에 의해 지배됩니다. 정지된 흐름 상태와 로터 날개 공기역학적 간섭 및 환경 바람을 포함한 외부 교란이 있는 날개에 대한 높은 받음각으로 인해 발생합니다. 본 연구에서는 공력 계수의 평판 모드와 선형 모드를 통합하는 데 사용되는 새로운 비선형 혼합 공력 역학 모델을 제안했습니다. 풍동 데이터와 비교한 공기역학적 계수 변화. 내부 교란에 강하고 채터링을 감쇠할 수 있는 STSMC(Super-twisting Sliding Mode Controller)를 사용하여 정지 영역의 공기역학적 계수 변화를 해결합니다. 또한 외부 고조파 교란의 정확한 추정을 제공하기 위해 HDO(고조파 교란 관찰기)가 도입되었으며, 이는 STSMC를 통해 추가로 보상됩니다. 풍동 데이터와의 비교 결과는 견고한 STSMC의 공기역학적 계수 변화에 대한 둔감성과 HDO의 정확한 외란 추정으로 인해 비선형 혼합 공기역학 모델을 사용하여 제안된 HDO-STSMC의 타당성과 우수성을 검증했습니다. 두 가지 성능 지수를 통해 제안된 전환 혼합 공기 역학 모델과 HDO-STSMC 제어 방식의 강력한 안정성과 빠른 수렴이 나타났습니다.
