A tri-copter unmanned aerial vehicle (UAV) with independently tilted main wings for various flight maneuvers is presented. In contrast to conventional tilt wing UAVs, it can achieve attitude maneuver by taking the main wings as individual control surfaces. Tilting main wings independently can generate large difference of aerodynamic lift force between the main wings and thus enable agile maneuvers of the UAV. Even though the UAV is a tri-copter, it can compensate the reaction torque created by the tail motor by the independent control of the main wings. Few publications have appeared in the literature, dealing with tri-copter UAV with independently tilted main wings for flight maneuvers. Equations of motion of the UAV are established via the Newton-Euler formulation and effect of independent wing control is examined with verification of agile roll operation. The PID/PI controller with control allocation for control is explained and the flight performance is validated in the flight experiments. Results of simulations with model-based linear quadratic regulator (LQR) and sliding mode control (SMC), machine learning-based deep deterministic policy gradient (DDPG) are presented to improve flight stability in roll operation of the UAV. With the flight simulator, flight maneuverability in large scale airplane are validated with presenting that the roll rate of independent control of main wings is 80% larger than that of the conventional UAV with ailerons as control surfaces.
다양한 비행 조작을 위해 주익 날개가 독립적으로 움직일 수 있는 트라이 콥터 타입의 틸트 윙 무인 항공기가 제시된다. 기존의 틸트 윙 무인항공기와 달리 주익 날개 전체를 제어 표면으로 사용하여 비행 자세운동을 할 수 있으며, 날개를 독립적으로 구동하여 큰 공기 역학적 힘의 차이로 무인항공기의 민첩한 조작이 가능하다. 제시된 무인항공기는 트라이 콥터형이며 주익 날개를 독립적으로 제어하여 꼬리 모터에 의해 생성된 반작용 토크를 보상할 수 있다. 비행 기동을 위해 독립적으로 제어할 수 있는 주익 날개를 가진 트라이 콥터 무인항공기를 다루는 출판물 많이 출판되지 않은 상황이다. 무인항공기의 동역학 식은 뉴턴 오일러 공식을 통해 유도되며 독립적인 주익 날개 구동을 통한 향상된 비행 기동성이 검증된다. 비행 중 자세 제어를 위해 비례-적분-미분 제어기 시스템과 출력 할당 방법이 제시되며, 수직 및 수평 비행 실험에서의 제안된 무인항공기의 성능이 검사된다. 시뮬레이션 결과는 무인항공기의 동적 모델을 기반으로 한 선형 이차 제어기, 슬라이딩 모드 제어기와 기계 학습 기반의 심층 결정론적 정책 경사법을 이용한 제어 방식을 도입하여 수평비행의 향상된 롤 기동 안정성을 보여준다. 비행 시뮬레이터를 이용하여 스케일이 큰 비행체에서도 양 날개 독립 구동을 통한 비행 기동성이 검증되며, 기존의 작은 제어표면을 가지는 항공기에 비해 양 날개 전체를 독립적으로 움직이는 구조에서 80% 증가된 롤 변화율을 보여준다.
