模型参数已知的带负载四旋翼无人机速度控制方法技术

本发明专利技术公开了一种模型参数已知的带负载四旋翼无人机速度控制方法，包括步骤1)建立带负载四旋翼无人机的动力学模型，2)设定对无人机的速度跟踪误差e

【技术实现步骤摘要】
模型参数已知的带负载四旋翼无人机速度控制方法
本专利技术涉及无人机控制
，特别涉及一种带负载的四旋翼无人机的速度控制方法。
技术介绍
旋翼式无人机的动力系统是由多个旋翼提供推力的。例如四旋翼无人机，当四个带电机的螺旋桨产生的推力大于无人机自身的重力和空气阻力的时候，无人机就能够起飞。通过控制系统反馈状态信息，调整每个电机的转速来改变每个旋翼的转速来进行无人机的姿态飞行控制。在实际应用中，四旋翼无人机不可避免地需要携带任务设备或相机来执行特定任务。通常，四旋翼无人机一般采用夹持和悬挂两种方法。例如，航拍摄影的时候，就必须采用夹持方式，这是为了防止四旋翼无人机因为大风等外部环境原因飞行不稳定导致相机产生强烈的抖动，影响拍摄效果；当检测地雷时，又必须采用悬挂方法，只有绳索足够长才能确保四旋翼无人机的安全和完成既定任务。因此，研究四旋翼无人机携带载荷具有重要的现实意义。目前，许多的研究集中在四旋翼无人机的建模和控制上。一般来说，四旋翼无人机的6自由度动力学模型可以通过使用拉格朗日方法或欧拉方程来推导。但是，大多数研究都采用了经典四本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模型参数已知的带负载四旋翼无人机速度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：/n1)建立带负载四旋翼无人机的动力学模型，具体表示如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种模型参数已知的带负载四旋翼无人机速度控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)建立带负载四旋翼无人机的动力学模型，具体表示如下：



上式中，fa(·)和fb(·)代表模型的耦合项，A＝diag{m+m0；m+m0；m+m0}和表示增益矩阵，m表示无人机的质量，m0表示负载的质量，M1表示惯性矩阵，m1＝m0zh(zh+lcosα)，m2＝m0lzhsinαsinβ，m3＝-m0lzhsinαcosβ，其中l是无人机悬挂负载的缆绳的长度，α是缆绳长度l与Zb负方向之间的角度，β是l投影到机体坐标系XbObYb平面的投影线和YbObZb平面之间的角度，zh是负载悬挂点到机体坐标系XbObYb原点的距离，J为在机体坐标系下四旋翼无人机的转动惯量，ut是速度控制量，ur是角速度控制输入；Fp1是负载施加在无人机上的额外力Fp中不含状态量和v的剩余项；Mp1是负载施加于无人机的额外力矩Mp中不含有状态变量和w的剩余项；da(·)和db(·)代表系统模型的不确定项；向量v＝[vx,vy,vz]T表示在机体坐标系下的线速度，为v的一阶导数，为带负载四旋翼无人机的平移子系统；向量w＝[wx,wy,wz]T表示在机体坐标系下的角速度，是w的一阶导数，为带负载四旋翼无人机的旋转子系统；机体坐标系表示为Ob＝(Xb,Yb,Zb)，机体坐标系的原点Ob取在四旋翼的质心位置上，Xb轴在四旋翼对称轴内指向机头方向，Zb轴在无人机对称平面内，Zb轴垂直于Xb轴指向上方，按右手定则确定Yb轴；
考虑无人机的物理结构和性能指标限制，无人机的速度和角速度都需要满足如下限制：|v|≤kv，|w|≤kw，其中kv是无人机的速度所能达到的最大极限值，kw是无人机的角速度极所能达到的最大极限值；
考虑输入饱和影响，由于转速限制，ui＝[ut,ur],i＝1,...,6；不再是设计的控制输入，系统模型表示如下：



此处，p(ui)表示受非对称非光滑的饱和非线性影响的控制输入，定义为



其中：是未知常数，ua2i＞0和ua1i＜0代表破坏点，和是控制输入ui的未知有界函数；为了处理非平滑和不对称的致动非线性，引入定义明确的光滑函数：其中和κi＞0是未知的；
那么，p(ui)表示为其中Ψ(ui)是p(ui)和之差；因函数和饱和度函数p(ui)的有界性质，因此函数Ψ(ui)是有界的，即|Ψ(ui)|≤Ψm，其中Ψm是正定未知的常数；为方便起见，对函数采用均值定理，变成其中且0＜λ＜1；通过选择ui0＝0并利用事实p(0)＝0，得到由此引入变量：对于所有是不变的，并且存在正定常数gmax，使得因此，有0＜gi≤gmax＜∞；最后非线性系统(2)变成：



上式中，Lt1(·)＝AΨ(ut)+Fp1/(m+m0)+da(·)，Gt1＝diag{g1,g2,g3}，Gr1＝diag{g4,g5,g6}。
考虑执行器故障，此时的控制输入不再是ui而是uai＝ρi(t)ui+δi(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志熙，谭炼，于爽爽，党龙，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50