【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法
本专利技术属于自动化控制
，特别是一种基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法。
技术介绍
多旋翼飞行器是一种依靠旋翼提供升力，可以自主飞行或遥控飞行无人飞行器。多旋翼的应用范围广泛，尤其在民用领域，可用于航拍、救援、植物保护、监控等。飞控系统是使用传感器产生的信息作为无人机控制系统中的反馈信号来实现无人机稳定或作机动动作的内环控制系统，常见的多旋翼飞行控制方法有PID、最优控制、滑动模态控制和模糊逻辑控制。目前，工程上广泛采用常规的PID控制方法设计控制器，该常规控制器对多旋翼飞行器模型的精度无太大要求，忽略了多旋翼飞行器模型中不确定项的影响，这种近似只在多旋翼处于近悬停状态成立，当多旋翼进行大机动飞行时，常规控制器性能急剧变差，存在潜在的安全隐患。同时，常规控制器仅为控制系统输出提供反馈通道，控制律设计过程简单，控制精度低、控制性能差，难以应对飞行过程中的强耦合、多旋翼飞行器模型的不确定性和外界干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种轨迹跟...
【技术保护点】
1.一种基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，对多旋翼飞行器进行动力学分析，根据牛顿第二定律及动量矩定理建立多旋翼动力学方程；/n步骤2，建立无刷直流电机的等效模型，并推导电机转速和多旋翼受到的力、力矩的关系式，确定多旋翼飞行控制方程组；/n步骤3，建立非线性环节的逆映射，通过逆映射搭建伪线性系统，基于内外环控制结构设计控制器。/n
【技术特征摘要】 【专利技术属性】
1.一种基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对多旋翼飞行器进行动力学分析，根据牛顿第二定律及动量矩定理建立多旋翼动力学方程；
步骤2，建立无刷直流电机的等效模型，并推导电机转速和多旋翼受到的力、力矩的关系式，确定多旋翼飞行控制方程组；
步骤3，建立非线性环节的逆映射，通过逆映射搭建伪线性系统，基于内外环控制结构设计控制器。
2.根据权利要求1所述的基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法，其特征在于，步骤1所述对多旋翼飞行器进行动力学分析，根据牛顿第二定律及动量矩定理建立多旋翼动力学方程，具体如下：
首先，做出如下4条假设：
(1)飞行器是一个六自由度刚体，在飞行过程中质量保持不变；
(2)飞行器的质心位于其几何中心线上，且位于机体坐标系原点；
(3)飞行器所受的外界干扰及重力不受飞行高度的影响；
(4)旋翼为刚体；
其次，建立表示多旋翼飞行器动力学模型的力矩方程组，运动方程组和位置方程组：
所述力矩方程组表示如下：
其中，p,q,r分别表示绕机体轴x轴、y轴和z轴的角速度，为力矩形式；分别表示滚转角加速度、俯仰角加速度和偏航角加速度；Dp,Dq,Dr分别表示外界干扰D沿机体系x轴、y轴和z轴的分量，为力矩形式；Jbx,Jby,Jbz分别为绕机体系x,y,z轴的转动惯量，Jrotor表示转子的转动惯量，Ω是4个电机角速度之和；Mφ(F)、Mθ(F)、Mψ(F)分别是多旋翼受到的合外力对质心的力矩在机体系x轴、y轴和z轴的分量；
所述的运动方程组表示如下：
其中，φ、θ、ψ分别为滚转角、俯仰角和偏航角，分别为滚转角变化率、俯仰角变化率和偏航角变化率；
所述位置方程组表示如下：
其中，T表示电机拉力；分别表示飞行器质心沿地面坐标系x轴、y轴和z轴的加速度；Dx,Dy,Dz分别表示外界干扰D沿地面坐标系x轴、y轴和z轴的分量，为力的形式；g表示重力加速度，m表示飞行器的质量；anx、any、anz是加速度在导航坐标系下的x轴、y轴和z轴的分量。
3.根据权利要求1所述的基于非线性逆补偿的多旋翼飞行控制方法，其特征在于，步骤2所述建立无刷直流电机的等效模型，并推导电机转速和多旋翼受到的力、力矩的关系式，具体如下：
所述无刷直流电机每相绕组的相电压由电阻压降和绕组感应电势两部分组成，其中绕组感应电势包括绕组自感、绕组之间互感产生的电势，以及磁场中绕组切割磁力线产生的反电动势；
设电机电枢回路两端的控制电压为u，绕组电流为i，转子的角速度为ω，那么电枢回路的电压平衡方程为：
技术研发人员：张永，左婷婷，刘自力，谢志鸿，王力立，徐志良，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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