Enabling vertical take-off and landing while providing the ability to fly long ranges opens the door to a wide range of new real-world aircraft applications while improving many existing tasks. Tiltrotor vertical take-off and landing (VTOL) unmanned aerial vehicles (UAVs) are a better choice than fixed-wing and multirotor aircraft for such applications. Prior works on these aircraft have addressed aerodynamic performance, design, modeling, and control. However, a less explored area is the study of their potential fault tolerance due to their inherent redundancy, which allows them to tolerate some degree of actuation failure. This paper introduces tolerance to several types of actuator failures in a tiltrotor VTOL aircraft. We discuss the design and modeling of a custom tiltrotor VTOL UAV, which is a combination of a fixed-wing aircraft and a quadrotor with tilting rotors, where the four propellers can be rotated individually. Then, we analyze the feasible wrench space the vehicle can generate and design the dynamic control allocation so that the system can adapt to actuator failures, benefiting from the configuration redundancy. The proposed approach is lightweight and is implemented as an extension to an already-existing flight control stack. Extensive experiments validate that the system can maintain the controlled flight under different actuator failures. To the best of our knowledge, this work is the first study of the tiltrotor VTOL's fault-tolerance that exploits the configuration redundancy. The source code and simulation can be accessed at https://theairlab.org/vtol.


翻译:使垂直起飞和着陆成为可能,同时提供长程飞行能力,使垂直起飞和着陆成为能够飞行长程飞行的有利垂直起飞和着陆,从而在改进许多现有任务的同时,为一系列新的真实世界飞机应用打开了大门。Tiltrotor垂直起飞和着陆(VTOL)无人驾驶飞行器(UAV)比固定翼和多旋翼飞机(VTOL)更适合用于这种应用。这些飞机的先前工程处理的是空气动力性能、设计、建模和控制。然而,一个探索较少的领域是研究它们由于内在的冗余度而可能存在的错失灵容忍度,这样它们就能容忍某种程度的起动失败。本文介绍了对一些类型的起动器在倾斜的VTO飞机(VTO)的起动器失灵的容忍度。我们讨论的是定制的倾斜式倾斜式飞行器(VTOAV)的设计和建模,这是固定式飞机和倾斜式转动转动器的组合组合组合组合组合组合组合。我们提出的飞行变压法就是在不断更新的飞行变压试验中进行。在不断调整的飞行变压的操作中,这是一种不同的飞行变压的方法。在不断的飞行变压试验中进行。提议的飞行变压的方法是一种不同的飞行变压的方法。在不断的飞行变压的方法是一种不同的飞行变压的方法。

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