基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法技术

本发明专利技术基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，包括步骤：1)为旋翼无人机系统设置人机交互界面，通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹；2)设计控制器对步骤1)制定出的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪，所设计的旋翼无人机系统的控制器为

Adaptive control method of rotor UAV Based on API user setting trajectory

The invention provides an adaptive control method for a rotor UAV based on API user-setup trajectory, which comprises the following steps: 1) setting up a human-computer interaction interface for the rotor UAV system, setting flight parameters in the control system of the rotor UAV through the human-computer interaction interface to determine the desired flight trajectory of the rotor UAV; 2) designing the controller for step 1) The desired flight trajectory is designed for adaptive and self-tuning tracking. The controller of the rotor UAV system is designed as follows

【技术实现步骤摘要】
基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法
本专利技术涉及旋翼无人机控制
，特别涉及一种可用户设置轨迹的旋翼无人机控制方法。
技术介绍
旋翼无人机具有结构简单、控制方便、垂直起降、成本低、机动性强等特点。因此旋翼无人机技术很快成为了各国研究的热点，得以迅速发展，但是市场上现有的旋翼无人机存在以下缺点：1、现有旋翼无人机无法实现自主飞行，多数采取手动控制方式。2、现有旋翼无人机无法实现设置期望的飞行轨迹，如：螺旋上升轨迹，平面正弦轨迹等；从而不能实现按期望的轨迹对线(如输电线等)、面(如田地、停车场、马路等)、体(如高楼)等形态的目标物周围状况进行巡检作业等。并且现有的多旋翼无人机也无法对任意设置的轨迹进行快速、有效的自适应、自调节跟踪。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决以上描述的现存问题，本专利技术的目的是提供一种基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，以解决现有旋翼无人机不能设置期望飞行轨迹、不能对设置的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪的技术问题。本专利技术基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，包括以下步骤：1)为旋翼无人机系统设置人机交互界面，通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹；2)设计控制器对步骤1)制定出的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪，步骤如下：S2a：对API进行数学模型的描述，所述API为接收控制输入并驱动旋翼无人机控制系统运行的可编程程序接口；所述对API进行数学模型的描述为：其中，x为旋翼无人机在X轴方向的位置，vx为旋翼无人机在X轴方向的飞行速度；dx(.)为X轴方向的不确定扰动，且dx(.)是有界的，即|dx(.)|＜dmx(.)；dmx(.)为X轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；y为旋翼无人机在Y轴方向的位置，vy为旋翼无人机在Y轴方向的飞行速度；dy(.)为Y轴方向的不确定扰动，且dy(.)是有界的，即|dy(.)|＜dmy(.)；dmy(.)为Y轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；z为旋翼无人机在Z轴方向的位置，即旋翼无人机的飞行高度；vz为旋翼无人机在Z轴方向的飞行速度，dz(.)为Z轴方向的不确定扰动，且dz(.)是有界的，即|dz(.)|＜dmz(.)；dmz(.)为Z轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；将步骤S2a中的数学模型的描述用状态空间形式表达得到下式：其中，p＝[x，y，z]T为旋翼无人机的空间位置，p1＝[vx，vy，vz]T,d＝[dx(·)，dy(·)，dz(·)]T；S2b：通过设置在旋翼无人机上的传感器获得当前旋翼无人机的飞行状态数据，所述飞行状态数据包括旋翼无人机的位置数据和旋翼无人机的速度数据，将传感器获得的位置数据与通过期望飞行轨迹得到的期望位置数据进行如下运算，获得误差值e；e＝p-pd其中，p为传感器测量到的旋翼无人机的位置数据，pd为旋翼无人机的期望位置数据；S2c：设计旋翼无人机系统的控制器如下：其中：p1为设计出的旋翼无人机的控制器；为旋翼无人机系统不确定项ω的估计值，由自适应更新率估计得到；ρ、k与σ均为大于0的设计参数，依据调试效果而定；其中：F＝||θ(H)||+1为用神经网络处理过的旋翼无人机控制系统函数，θ(H)＝[θ1(H)，……，θn(H)]T，n为选择的神经网络个数，其中，H＝[xd，yd，zd]T，xd，yd，zd分别为旋翼无人机在X轴、Y轴和Z轴三个不同方向的理想轨迹，αj为神经网络选择的参数，∈j表示神经网络节点中心跨度；S2d：API接收控制器p1的计算结果控制旋翼无人机的飞行轨迹。进一步，在步骤1)中，设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹包括：当要飞行到一个点目标，则通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设定该点目标的三维坐标值(x，y，z)；当要在一个面目标上飞行，则通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中将飞行高度z设定为某一固定值，将飞行跨过的宽度x设定为x＝sin(t)，将飞行的前行速率y设定为y＝0.5t；当要绕一个立体目标飞行时，设定绕立体目标飞行的x轴方向半径为x＝2sin(t)，绕立体目标飞行的y轴方向半径为y＝3sin(t)，上升飞行的速率设定为z＝1.5t。进一步，所述的基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法还包括：在旋翼无人机上设置导航系统，通过导航系统规划出旋翼无人机的期望飞行轨迹。本专利技术的有益效果：1、本专利技术基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，通过对旋翼无人机系统设置人机交互界面，实现了用户能根据目标自主设定旋翼无人机的飞行轨迹，弥补现有旋翼无人机轨迹不能用户设置的不足。2、本专利技术基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，其设计的自适应控制器使得旋翼无人机在跟踪不同的设置轨迹时，对外界强烈扰动有快速恢复稳定的能力，弥补了现有旋翼无人机飞行欠稳定的缺点，实现了自动跟踪代替手动操控跟踪。3、本专利技术基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，使旋翼无人机能对点、线、面、立体等不同形状的目标物进行作业；弥补了现有旋翼无人机应用开发单一的不足，达到一次开发多次应用的目的。附图说明图1为旋翼无人机的控制结构图；图2为基于速度API的自适应控制器结构图；图3为神经网络结构；图4为在仿真平台DJISimulator上控制旋翼无人机定高悬停的实验结果图；图5为在仿真平台DJISimulator上控制旋翼无人机位置向点目标飞行实验结果图；图6为在仿真平台DJISimulator上控制旋翼无人机在平面目标上飞行的实验结果图；图7为在仿真平台DJISimulator上控制旋翼无人机绕立体目标飞行的实验结果图。其中图4-图7中，仿真平台界面左下角部分的英文参数项目的含义如下：Roll为旋翼无人机的翻滚角；Pitch为旋翼无人机的俯仰角；Yaw为旋翼无人机的偏航角；WorldX为世界坐标系X轴坐标；WorldY为世界坐标系Y轴坐标；WorldZ为世界坐标系Z轴坐标；Latitude为纬度；Longitude为经度；VelocityX为X方向的速度；VelocityY为Y方向的速度；VelocityZ为Z方向的速度；AccX为X方向的加速度；AccY为Y方向的加速度；AccZ为Z方向的加速度；GyroX为X方向的陀螺仪数值；GyroY为Y方向的陀螺仪数值；GyroZ为Z方向的陀螺仪数值。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。本实施例基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，包括以下步骤：1)为旋翼无人机系统设置人机交互界面，通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹。2)设计控制器对步骤1)制定出的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪，步骤如下：S2a：对API进行数学模型的描述，所述API为接收控制输入并驱动旋翼无人机控制系统运行的可编程程序接口。所述API的数学模型为：其中，x为旋翼无人机在X轴方向的位置，vx为旋翼无人机在X轴方向的飞行速度；dx(.)为X轴方向的不确定扰动，且dx(.)是有界的，即|dx(.)|＜dmx(.)；dmx(.)为X轴方向不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)为旋翼无人机系统设置人机交互界面，通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹；2)设计控制器对步骤1)制定出的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪，步骤如下：S2a：对API进行数学模型的描述，所述API为接收控制输入并驱动旋翼无人机控制系统运行的可编程程序接口；所述对API进行数学模数学模型的描述为：

【技术特征摘要】
1.一种基于API可用户设置轨迹的旋翼无人机自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：1)为旋翼无人机系统设置人机交互界面，通过人机交互界面在旋翼无人机控制系统中设置飞行参数制定旋翼无人机的期望飞行轨迹；2)设计控制器对步骤1)制定出的期望飞行轨迹进行自适应、自调节跟踪，步骤如下：S2a：对API进行数学模型的描述，所述API为接收控制输入并驱动旋翼无人机控制系统运行的可编程程序接口；所述对API进行数学模数学模型的描述为：其中，x为旋翼无人机在X轴方向的位置，vx为旋翼无人机在X轴方向的飞行速度；dx(·)为X轴方向的不确定扰动，且dx(·)是有界的，即|dx(·)|dmx(·)；dmx(·)为X轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；y为旋翼无人机在Y轴方向的位置，vy为旋翼无人机在Y轴方向的飞行速度；dy(·)为Y轴方向的不确定扰动，且dy(·)是有界的，即|dy(·)|＜dmy(·)；dmy(·)为Y轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；z为旋翼无人机在Z轴方向的位置，即旋翼无人机的飞行高度；vz为旋翼无人机在Z轴方向的飞行速度，dz(·)为Z轴方向的不确定扰动，且dz(·)是有界的，即|dz(·)|＜dmz(·)；dmz(·)为Z轴方向不确定扰动的最大值，不需要知道知道此值的确定大小；将步骤S2a中的数学模型的描述用状态空间形式表达得到下式：其中，P＝[x，y，z]T为旋翼无人机的空间位置，p1＝[vx，vy，vz]T，d＝[dx(·)，dy(·)，dz(·)]T；S2b：通过设置在旋翼无人机上的传感器获得当前旋翼无人机的飞行状态数据，所述飞行状态数据包括旋翼无人机的位置数据和旋翼无人机的速度数据，将传感器获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅裕，宋永端，沈志熙，马亚萍，何鎏，
申请(专利权)人：傅裕，
类型：发明
国别省市：四川,51