一种基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法技术

本发明专利技术公开了一种基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，将四旋翼飞行器降落过程分为第一阶段和第二阶段，第一阶段飞行器与降落平台的距离远于第二阶段，第一阶段和第二阶段均采用模型预测控制法规划飞行器的轨迹，第一阶段和第二阶段中模型预测控制法中的目标函数不同。本发明专利技术公开的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，运算量低，降落平稳，抗干扰能力强。力强。力强。

【技术实现步骤摘要】
一种基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法


[0001]本专利技术涉及一种基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，属于飞行器控制


技术介绍

[0002]为解决四旋翼飞行器的续航能力约束，在实际应用中常利用车辆或者船舶作为起降平台拓宽四旋翼的使用范围和应用场景，这要求飞行器具备自主降落的能力，尤其是让四旋翼飞行器自主降落在平台移动的能力。
[0003]现有的飞行器自主降落方法具有反步法、动态控制面法和模型预测控制法。
[0004]其中反步法和动态控制面发能够实现无人机的精确降落，但是该阶段前期存在绕飞跟踪，造成飞行器不必要的能量和时间消耗；模型预测控制法通过设置固定采样时间规划轨迹，综合考虑各种软硬约束，同时能够实现有限时域滚动优化，广泛应用于解决四旋翼飞行器的路径规划和跟踪问题。
[0005]但是模型预测控制法计算量大，同时需要配合视觉检测，导致其对机载计算机的限制大。
[0006]此外，模型预测控制法中固定采样时间，使其无法规划变化的目标函数，导致其无法很好满足降落过程中不同阶段的性能要求，例如降落前期飞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，将四旋翼飞行器降落过程分为第一阶段和第二阶段，第一阶段飞行器与降落平台的距离远于第二阶段，第一阶段和第二阶段均采用模型预测控制法规划飞行器的轨迹，第一阶段和第二阶段中模型预测控制法中的目标函数不同。2.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，在第一阶段和第二阶段的模型预测控制法中，模型的动力学方程表示为：在第一阶段和第二阶段的模型预测控制法中，模型的动力学方程表示为：其中，k表示不同的时刻，x(k)为状态矢量，表示飞行器在k时刻的状态量，y(k)为输出矢量，表示k时刻飞行器在控制量作用下的输出状态；A
d
表示离散化后的系统矩阵，B
d
表示离散化后的输入矩阵，T
s
为采样周期；A表示状态空间的系统矩阵，B表示状态空间的控制矩阵，C表示状态空间的输出矩阵，s表示离散过程中的复变量，u(k)表示k时刻的控制量。3.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，第一阶段中，模型预测控制法的目标函数为：x
A
(i)＝P
r
(i)其中，i表示不同的时刻，N为预测时域，x
A
(i)表示i时刻飞行器和降落平台的相对位置上标T表示转置，P
r
为飞行器距离降落平台的相对位置，T
A
为飞行器降落所需时间的估计，矩阵和为权重矩阵，表示实数集。4.根据权利要求3所述的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，第一阶段，飞行器降落所需时间的估计T
A
为：其中，||P
r
||为四旋翼飞行器和降落平台的相对距离，V
r
为四旋翼飞行器和降落平台的相对速度，e
r
表示四旋翼飞行器和降落平台的连线方向。5.根据权利要求1所述的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，第二阶段中，模型预测控制法的目标函数为：其中，i表示不同的时刻，N为预测时域，x
L
(i)＝[P
r
(i)，V
r
(i)]
T
，P
r
(i)为i时刻飞行器距离降落平台的相对位置，V
r
为四旋翼飞行器和降落平台的相对速度；u(i)＝[j
x
(i)，j
y
(i)，j
z
(i)]
T
为四旋翼飞行器的加加速度，即飞行器的控制量；a
L
＝[a
x
，a
y
]
T
为飞行器在水平面内的加速度，权重矩阵为飞行器在水平面内的加速度，权重矩阵和都为常值矩阵。6.根据权利要求2所述的基于模型预测控制的四旋翼自主降落方法，其特征在于，
在模型预测控制法中，当对降落平台的位置和速度信息进行估计和更新时，重新对整个轨迹进行规划，每次规划都求解如下优化问题：s.t.x(k+1)＝A
d
x(k)+B
d
u(k)x(0)＝x0，x(N)＝x
f

【专利技术属性】
技术研发人员：宋韬，王坤，郭凯阳，王亚凯，林德福，王辉，唐攀，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：