【技术实现步骤摘要】
一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法
[0001]本专利技术涉及载荷运输的自动控制领域，尤其是涉及一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法。
技术介绍
[0002]旋翼无人机的一个重要应用领域是物流。相比于传统物流，旋翼无人机物流具有成本低、方便高效以及可灵活调度等特点，能够轻松快速的到达公路与水路交通不便的地点，开启了多种补给和救援的可能性。比如，当地震导致运输网络中断时，可以用它们快速运送医疗用品和救援物资；在海啸或大风暴之后，也可用它们快速的向海上石油钻井平台运送材料和补给品等。值得注意的是，京东和亚马逊等大型电商依据各自平台的技术优势，已开始部署旋翼无人机来执行短距离的自主快速配送任务。目前配送的模式主要以“固定式”为主。但这种固定式配送模式有以下局限：1)对载荷的重量和形状有严格的要求，限制了应用场景；2)载荷自身对旋翼无人机的灵活性影响较大。
[0003]旋翼无人机吊载系统可以打破无人机固定式配送系统的局限。尤其是面向较大型或较重型载荷的配送任务场景，可使用多个旋翼无人机通过缆绳协...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于拉格朗日力学及汉密尔敦原理建立包含扰动的四旋翼无人机集群协同吊运系统的动力学模型，所述系统中旋翼无人机和点质量载荷之间通过非弹性缆绳连接；S2：基于所述动力学模型，使用反步法构建协同吊运点质量载荷鲁棒控制器，依次对载荷位置、缆绳方向以及无人机姿态进行控制，同时，引入饱和函数确保旋翼无人机推力相对于载荷位置误差和速度误差是有界的，引入扰动估计量并嵌入到每个旋翼无人机的控制输入，并通过投影函数确定对扰动估计量的更新方法，从而得到期望的推力和无人机的角速度，控制点质量载荷在存在扰动的情况下稳定运动。2.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法，其特征在于，所述点质量载荷的模型为一个二自由度的质点。3.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法，其特征在于，所述S1包括以下步骤：S11：考虑个n与各个无人机质心连接的体坐标系{B
i
}，将第i个四旋翼无人机的位置和速度表示为p
i
、v
i
；第i个四旋翼无人机的姿态和角速度为Ω
i
；负载的位置和速度为p
L v
L
；第i根缆绳的方向和角速度为q
i
、ω
i
，绳长为l
i
；多机协同吊载系统的运动学方程为：；多机协同吊载系统的运动学方程为：；多机协同吊载系统的运动学方程为：第i个无人机和负载之间的位置关系以及速度关系为：p
i
＝p
L
‑
l
i
q
i
S12：确定系统的总动能和重力势能：S12：确定系统的总动能和重力势能：其中，m
i
为第i个无人机的质量；S13：确定整个吊载系统的拉格朗日力学：S14：忽略式四旋翼旋转动能，整个系统分别受到旋翼的推力f
i
＝
‑
T
i
R
i
c3以及负载和无人机分别受到的有上限未知常量外部扰动d
L
、d
i
，这些力所做的虚功为：其中，δp
i
和δp
L
是第i个无人机和负载的任意虚位移；由达朗贝尔原理得到系统的动力学满足：
使用分部积分法推导得到以下的欧拉
‑
拉格朗日方程：拉格朗日方程：S15：确定系统的动力学模型：S15：确定系统的动力学模型：其中，是一个对称正定矩阵。4.根据权利要求3所述的一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法，其特征在于，所述动力学模型中，由与q
i
方向一致的独立控制，则由和两个方向的力控制；由于四旋翼无人机系统是欠驱动的，旋翼推力T
i
的方向
‑
R
i
c3不能任意设置，通过控制角速度以控制飞行器的姿态，能够使f
i
对准所需的方向，最终实现轨迹跟踪。5.根据权利要求1所述的一种旋翼无人机集群协同吊运点质量载荷的鲁棒控制方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：谢威，王言虎，杨子樱，张卫东，余甘，金洁，张宏宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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