一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法技术

本发明专利技术涉及一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，针对质心偏移及基座浮动影响机械臂末端控制精度，首先构建含有质心偏移及基座扰动的飞行机械臂动力学方程；其次，根据质心偏移对带臂旋翼无人机的动力学影响，通过配置多自由度机械臂不同关节间接控制无人机；针对基座浮动引起的扰动，设计基座浮动干扰观测器估计其幅值；针对基座浮动干扰观测误差，设计抗饱和控制器进行抑制；设计抗干扰控制器，完成多源干扰条件下的飞行机械臂抗干扰姿态控制。本发明专利技术能够显著提高带臂旋翼无人机姿态控制精度，可应用于安防、工业、军事等领域，满足带臂旋翼无人机在执行物体抓取、运输、危险物排除等特种作业过程中的高精度姿态控制需求。

【技术实现步骤摘要】
一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法
本专利技术涉及一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，适用于重量小于25千克或者任意维度的尺寸不大于10米、搭载多自由度机械臂且需要实现高精度控制的旋翼无人机姿态控制系统，属于飞行器姿态控制领域。
技术介绍
近年无人机技术已广泛应用在遥感、侦察、植保、物流、巡检等领域，然而随着任务复杂度不断提升，任务需求难度也越来越广，对无人机的机动性能提出了更高要求，同时无人机需要搭载功能更加多样性的传感器以增强自身感知能力。此外，随着无人机任务作业种类的增加，也对无人机与环境的交互提出了更高要求，需要搭载作业能力更强的执行器以提高无人机与环境的交互能力；传感器和交互作业等需求都使得多旋翼无人机需要搭载越来越灵活的执行部件，从作业需求和控制技术实施难度来说，搭载的执行部件通常为多自由度机械臂，机械臂末端安装有不同类型的末端执行器。配有多自由度机械臂的多旋翼无人机作业时，通常分为抵近飞行、悬停作业、返回降落三个部分，其中，当机械臂关节运动时会造成飞行器在作业周期内的质心偏移，而在悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n第一步，将质心偏移和基座浮动分别看作外部集总干扰，将旋翼无人机看作机械臂的可浮动基座，其中由机械臂关节运动引起的质心偏移看作是可建模的干扰力和干扰力矩，而基座浮动则视为对机械臂的干扰，建立含有质心偏移干扰带臂旋翼无人机动力学方程；/n第二步，针对可建模的质心偏移所引起的干扰，设计质心偏移PID控制器，利用多自由度机械臂的不同关节配置主动改变质心偏移量从而间接控制基座移动，再次，针对基座浮动对机械臂带来的干扰，设计基座浮动干扰观测器进行量测；/n第三步，针对质心偏移和基座浮动的干扰观测误差，设计抗饱和控制器...

【技术特征摘要】
1.一种针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将质心偏移和基座浮动分别看作外部集总干扰，将旋翼无人机看作机械臂的可浮动基座，其中由机械臂关节运动引起的质心偏移看作是可建模的干扰力和干扰力矩，而基座浮动则视为对机械臂的干扰，建立含有质心偏移干扰带臂旋翼无人机动力学方程；
第二步，针对可建模的质心偏移所引起的干扰，设计质心偏移PID控制器，利用多自由度机械臂的不同关节配置主动改变质心偏移量从而间接控制基座移动，再次，针对基座浮动对机械臂带来的干扰，设计基座浮动干扰观测器进行量测；
第三步，针对质心偏移和基座浮动的干扰观测误差，设计抗饱和控制器进行质心偏移控制和抑制基座浮动对机械臂的干扰；
第四步，最后基于第二步中的质心偏移控制器、第二步中的基座浮动观测器与第三步中的抗饱和控制器的控制增益，设计复合抗干扰控制器，完成多源干扰条件下的带臂旋翼无人机抗干扰姿态控制系统设计。


2.根据权利要求1所述的针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，其特征在：所述第一步中，建立含有质心偏移干扰带臂旋翼无人机耦合动力学方程如下：



式中，vb表示作为机械臂基座的旋翼无人机的平动速度，mb和ml分别为多旋翼无人机和机械臂；Ft为多旋翼无人机的总推力，Rb为多旋翼无人机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵；e3＝[001]T，g为重力加速度，Fdis表示质心偏移导致的对基座的干扰力，ωb为多旋翼无人机的角速度，Ib为多旋翼无人机的转动惯量，τ为多旋翼产生的力矩，τdis为质心偏移对基座产生的干扰力矩。


3.根据权利要求1所述的针对质心偏移和基座浮动的带臂旋翼无人机姿态控制方法，其特征在：所述第二步中，质心偏移PID控制器为：



Epos＝Pdesired-Pc...

【专利技术属性】
技术研发人员：余翔，吕尚可，刘钱源，郭雷，乔建忠，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11