一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法，属于无人机控制领域，包括以下步骤：首先对无人吊挂系统进行动力学建模；然后，分别从无人机吊挂系统的状态变量和输入变量，对无人机吊挂系统进行微分平坦性判定，从而根据期望的吊挂负载轨迹和无人机偏航角确定无人机的参考轨迹；进一步，将零振动和微分输入成形器对控制系统的输入信号进行处理，通过处理后的输入信号控制无人机轨迹，从而实现吊挂负载的快速平衡振荡衰减；本发明专利技术能降低无人机与悬挂负载强耦合导致的高频、高速负载振荡，提高系统整体运动性能。提高系统整体运动性能。提高系统整体运动性能。

【技术实现步骤摘要】
一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法


[0001]本专利技术属于无人机控制
，具体涉及一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着新材料、惯导和微机电系统等技术的发展，以旋翼飞行器为代表的低成本、微型化无人机越来越多地出现并走向应用，无论是民用还是军事领域，无人机负载运输均尤显突出。但传统无人机系统是一个典型的欠驱动系统，要求实现无人机位置控制的同时抑制吊挂负载摆角的振荡是较为困难的。无人机吊挂系统的基本控制目标就是设计协同控制算法实现物理约束条件下的无人机吊挂系统协同运输。目前，对于复合控制框架下的无人机吊挂系统，由于吊挂负载和无人机之间耦合效应的存在，吊挂负载的稳定控制仍然是一个难点。如何规划和跟踪吊挂负载的轨迹，使吊挂负载以最小残余摆动完成特定的运输任务是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了解决
技术介绍
中提及的问题，提供一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法，能有效降低无人机与悬挂负载强耦合导致的高频、高速负载振荡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立无人机吊挂系统的动力学模型；无人机吊挂系统包括无人机、悬绳和吊挂负载，无人机下侧中间固定连接有悬绳，悬绳下端固定有吊挂负载；基于悬绳张紧状态时，无人机与吊挂负载之间的位置关系，建立无人机吊挂系统动力学模型；S2、验证无人机吊挂系统的微分平坦性，并推导出平坦输出变量；S3、利用输入成形器对吊挂负载轨迹进行滤波；将步骤S2推导出的平坦输出变量作为输入成形器的输入变量，将经过输入成形器处理后的输入变量作为新的输入指令输入控制系统，控制无人机的轨迹。2.根据权利要求1所述的基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法，其特征在于：无人机吊挂系统的状态变量为其中r为无人机位置、R为无人机旋转矩阵、Ω为无人机角速度、p吊挂负载质心到无人机质心的单位向量；无人机吊挂系统的输入变量为u＝[f,M]
T
，其中f为无人机总升力，M为无人机力矩。3.根据权利要求2所述的基于输入成形和微分平坦的无人机吊挂系统控制方法，其特征在于：步骤S1中采用欧拉
‑
拉格朗日方程建立无人机吊挂系统动力学模型，具体过程如下：首先针对无人机吊挂系统建立惯性坐标系{E}、机体坐标系{B}和负载坐标系{S}；惯性坐标系{E}固定于地球表面，坐标系原点O
E
固定于地面上无人机的起飞点，O
E
X
E
轴指向无人机前向飞行方向，O
E
Z
E
轴垂直向上，O
E
Y
E
轴垂直于O
E
X
E
Y
E
平面，按右手定则确定；机体坐标系{B}固定在无人机的机体上，并随无人机运动；原点O
B
在无人机质心，O
B
X
B
轴在无人机对称平面内，平行于无人机前后旋翼的连接线，指向前向飞行方向；O
B
Y
B
轴平行于左右旋翼连线，指向右为正方向；O
B
Z
B
轴与O
B
X
B
Y
B
平面垂直，方向按照右手定则确定；负载坐标系{S}固定在吊挂负载质心上，并随吊挂负载运动；原点O
S
在吊挂负载质心，O
S
X
S
指向吊挂负载前向摆动方向；O
S
Y
S
指向吊挂负载左右摆动方向，左指向为正方向；O
S
Z
S
与O
S
X
S
Y
S
平面垂直，方向按照右手定则确定；当悬绳张紧时，无人机和吊挂负载之间的位置关系为：r
L
＝r+lp(1)公式(1)中，为吊挂负载相对于惯性坐标系{E}的位置，为无人机相对于惯性坐标系{E}的位置，为悬绳长度，为从吊挂负载质心到无人机质心的单位向量；单位向量p是通过连续绕Z
E
轴两次旋转获得公式(2)中，φ
L
为悬绳绕O
E
X
E
轴的摆动角度，θ
L
为悬绳绕O
E
Y
E
轴的摆动角度，为机体坐标系{B}到负载坐标系{S}的旋转矩阵，R(φ
L
)和R(θ
L
)和分别为负载坐标系{S}绕O
E
X
E
轴和O
E
Y
E
轴的旋转矩阵；
采用欧拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙慧玉，顾新艳，罗绍新，梁苑，白敬，韦中，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：