一种主动式变结构环形四旋翼无人机的控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种主动式变结构环形四旋翼无人机的控制方法及装置，应用于主动式变结构环形四旋翼无人机，包括机体和一轻绳，机体包括四个结构相同的模块，每个模块的顶端安装有定滑轮，轻绳沿定滑轮的凹槽方向缠绕，相邻的两个模块之间通过被动式伸缩机构连接，被动式伸缩机构包括弹簧、滑轨和滑块，其中一个模块上设置有伺服电机，当伺服电机牵引轻绳进行收缩运动时，所有弹簧被压缩，机体收缩减小自身尺寸；该方法包括：建立主动式变结构环形四旋翼无人机的运动学方程；根据运动学方程设计控制框架，控制框架包括非线性模型预测控制器和线性舵机控制器；利用非线性模型预测控制器进行主动式变结构环形四旋翼无人机的飞行控制。制。制。

【技术实现步骤摘要】
一种主动式变结构环形四旋翼无人机的控制方法及装置


[0001]本申请涉及新型无人机设计与控制
，尤其涉及一种主动式变结构环形四旋翼无人机的控制方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，四旋翼由于具有体积小、结构简单、机动性高、可垂直起降、可悬停等优点，被应用于航拍、灾后搜救、农业灌溉、包裹递送等领域。然而，目前的四旋翼仍然缺乏适应环境的飞行能力，狭窄多变的复杂环境会限制其运动的可通行性，例如难以完成穿越狭窄缝隙等；另一方面，传统的四旋翼无人机难以在不依赖于外部机械臂结构下独立运输物体，这限制了四旋翼在复杂的情况下机动能力和执行任务的多样性，例如复杂环境搜救、救援物资运输等。
[0003]常见四旋翼飞行器的机械结构通常固定不变，物理尺寸不可改变。当它在狭窄环境飞行时，例如洞穴和灾后废墟环境中，会因为自身尺寸过大而无法适应环境，限制其飞行空间。为此，研究者设计了一些尺寸小巧的微型四旋翼，来解决狭窄环境中的通行性问题。但这些微型四旋翼由于尺寸小，存在一些缺陷，四旋翼尺寸变小，则相应螺旋桨尺寸变小，可装载的电池容量变小，则其负载能力会显本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种主动式变结构环形四旋翼无人机的控制方法，其特征在于，应用于主动式变结构环形四旋翼无人机，所述主动式变结构环形四旋翼无人机包括机体和一轻绳，所述机体包括四个结构相同的模块，每个模块的顶端安装有定滑轮，所述轻绳沿所述定滑轮的凹槽方向缠绕，相邻的两个所述模块之间通过被动式伸缩机构连接，所述被动式伸缩机构包括弹簧、滑轨和滑块，其中一个模块上设置有伺服电机，当所述伺服电机牵引所述轻绳进行收缩运动时，所有弹簧被压缩，机体收缩减小自身尺寸；该控制方法包括：建立所述主动式变结构环形四旋翼无人机的运动学方程；根据所述运动学方程设计控制框架，所述控制框架包括非线性模型预测控制器和线性舵机控制器，所述非线性模型预测控制器实现飞行器的飞行运动控制，所述线性舵机控制器用于调整机身尺寸大小，并触发参数实时估计，更新机身当前的物理学参数；利用所述非线性模型预测控制器进行所述主动式变结构环形四旋翼无人机的飞行控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主动式变结构环形四旋翼无人机的运动学方程包括位置运动模型和旋转动力学方程。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述位置运动模型为：征在于，所述位置运动模型为：其中F是所述主动式变结构环形四旋翼无人机的总推力，z
B
表示机身坐标系的Z轴的方向矢量，f
ext
表示外部干扰作用力，g表示重力加速度，和分别表示所述主动式变结构环形四旋翼无人机在世界坐标系下的位置p
W
、速度v
W
关于时间的导数，m表示所述主动式变结构环形四旋翼无人机的机身总质量。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转动力学方程为：4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述旋转动力学方程为：其中J表示所述主动式变结构环形四旋翼无人机发惯性张量矩阵，τ
ext
表示外部干扰的总力矩,Φ([0，ω
B
]
T
)表示向量的反对称矩阵，和分别表示所述主动式变结构环形四旋翼无人机在世界坐标系下的角度q
W
和机体坐标系下的角速度ω
B
关于时间的导数，τ表示总力矩。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性模型预测控制器框架中，利用成本函数构建非线性优化问题：s.t.x
k+1
＝f(x
k
，u
k
)，x0＝x
now
，u∈[u
min
，u
max
]其中u
des
表示期望的控制输入向量(即四个电机的各自推力)，i是当前时间步长；x
i，r
和x
N，r
是参考状态向量，x
i
是所述运动学方程中的位置、...

【专利技术属性】
技术研发人员：高飞，吴钰泽，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：