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龙图腾网获悉东北林业大学申请的专利一种高能效的近地四旋翼无人机多模态飞行控制方法、系统及存储介质获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN119620776B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202411797523.3，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权一种高能效的近地四旋翼无人机多模态飞行控制方法、系统及存储介质是由梁野;陈庆迪;刘欣宇;张佳威;郭宏旭设计研发完成，并于2024-12-09向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种高能效的近地四旋翼无人机多模态飞行控制方法、系统及存储介质在说明书摘要公布了：本发明一种四旋翼无人机近地作业任务多模态控制方法、系统及存储介质，涉及无人机控制技术领域，为解决现有的无人机控制方法单采用一模态控制器设计难以适应不同高度地面扰流下的可靠飞行控制，以及现有地面扰流下仅能实现部分状态的抗干扰飞行控制问题。本发明提出了利用地面扰流产生的额外升力进行高能效控制、在不同高度下区分不同模态设计多模态的高度依赖变参数控制器，可以实现在近地不同高度下高性能、高能效的飞行控制。不仅减小作业过程中飞行长度、也降低了旋翼升力需求，达到了节本增效的高能效飞行控制的目的。在保证近地扰流下无人机飞行稳定性的同时，也降低其能量损耗，达到节本增效的目的，具有较高的工程应用价值。

本发明授权一种高能效的近地四旋翼无人机多模态飞行控制方法、系统及存储介质在权利要求书中公布了：1.一种四旋翼无人机近地作业任务多模态控制方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤一：获取近地作业四旋翼无人机的位置、高度和姿态信息，根据初始位置、目标任务下的作业范围大小构建无人机近地作业空间直角坐标系； 步骤二：根据无人机动力学特性以及地面反作用扰流对无人机造成的空气干扰，构建考虑地面扰流升力的无人机动力学模型： 式中，x、y、z分别为无人机在惯性坐标系中的位置，四旋翼无人机的θ、φ和ψ分别为俯仰角、滚转角和偏航角，p、q、r分别为机体坐标系下x、y、z对应轴的角速度，g为重力加速度，m代表机体质量，Jx、Jx、Jz为沿对应轴的转动惯量，Cp、Cq、Cr为空气阻力系数，c代表余弦，是cos的缩写，s代表正弦，是sin的缩写；Qh为空气干扰力矩，为当前高度h下地面扰流下升力变化，TgT∞＝[1‑R4h2]‑1＝Qh，式中Tg为地面效应下的螺旋桨升力，T∞为无人机远离地面时的相同螺旋桨转速下的产生升力，R为螺旋桨桨叶直径，Tf,∞是总推力，是四个旋翼产生的推力之和，Tp,∞、Tq,∞、Tr,∞分别是滚转、俯仰和偏航的控制力矩，力矩用于控制无人机的姿态； 根据公式3建立角速度多模态线性变参数跟踪控制系统： 式中σ为不同飞行高度下对应的系统模态，Bs、Bw分别是跟踪控制系统线性化后对应的飞行高度依赖矩阵，其中为不同模态下的系统矩阵，Bs为由动力学模型线性化的输入矩阵，Bw为单位矩阵，es、ts、w、zs分别为跟踪误差、控制输入、系统扰动、状态观测值；wσ,kh随着高度变化不同模态下的对应的权值函数； 根据公式2建立角度闭环控制系统其中η＝[φ,θ,ψ]T，A为系统矩阵，亦为旋转矩阵； 步骤三：在姿态跟踪控制过程中，参考姿态分别为人为给定的航向角ψr，以及位置环解算出来的参考信号θr、φr；根据计算角速度的参考信号；其中ρr＝[p,q,r]T，Kη＝diag{kφ,kθ,kψ}；根据解算螺旋桨升力T及滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩，式中wσ,kh随模态和飞行高度变化，为模态依赖的控制增益，由飞行高度相关的多模态系统矩阵Bs、Bw、Cs确定，根据公式3解算角速度，再根据公式2解算角度，根据建立的角速度多模态线性变参数跟踪控制系统及角度闭环控制系统，进行姿态跟踪控制； 步骤四：首先进行全驱动的无人机高度控制，控制器采用非奇异终端滑模控制的形式，定义高度跟踪误差为：ez＝z‑zr； 定义滑模面计算sz的导数，在滑模条件下，即解算选择趋近律为‑Kzsgnsz；其中Kz是控制增益，sgnsz是sz的符号函数； 与无人机的动力学模型相结合，通过高度控制器解算总升力： 将公式6的结果代入公式1，对无人机高度进行解算； 利用与高度控制相同的滑模状态、趋近律计算方法令： 综合考虑水平状态的欠驱动动力学，将1、7和8结合构建得到如9的水平状态滑模控制器： 根据9解算得到的姿态角结果，利用步骤三的过程对无人机螺旋桨升力进行解算，将姿态角结果带入所述考虑地面扰流升力的动力学模型，对无人机水平位置进行解算； 步骤五：重复步骤二、三、四，直到近地飞行的无人机达到既定位置、姿态。

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