【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及三维的位置同时控制，具体涉及一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建、控制方法及系统。
技术介绍
1、随着城市化的不断发展，桥梁作为城市交通的关键组成部分，其安全性和可靠性显得尤为重要。为了确保桥梁结构的完好性和运行状态，巡检工作成为不可或缺的环节。传统的巡检方式存在人力成本高、效率低等问题，因此，基于无人机的桥梁巡检成为一种颇具潜力的解决方案。然而，复杂桥梁环境的特殊性，包括桥梁结构的多变性、风力、电磁干扰等因素，这些因素使得传统的无人机轨迹跟踪控制方法在桥梁巡检任务中表现不佳，无法保证无人机轨迹跟踪的稳定性和准确性。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术提出一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建、控制方法及系统，可以确保巡检无人机在复杂环境下轨迹跟踪的稳定性和准确性。具体技术方案如下：
2、第一方面，提供了一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，在第一方面的第一种可实现方式中，包括：
3、构建巡检无人机对应的离散运动学模型和离散干扰观测器；
4、结合所述巡检无人机的路径规划信息、离散运动学模型和离散干扰观测器构建所述巡检无人机的复合控制器。
5、结合第一方面的第一种可实现方式，在第一方面的第二种可实现方式中，所述复合控制器为：
6、
7、
8、
9、其中，u(k)＝(ux(k)，uy(k)，uz(k)，uψ(k))为复合控制器在k时刻的输出，x(k)＝
10、第二方面，提供了一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，在第二方面的第一种可实现方式中，包括：
11、采用如第一方面的第一或第二种可实现方式所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，构建所述巡检无人机对应的复合控制器；
12、获取巡检无人机实时的坐标信息、姿态信息和巡检路径信息；
13、根据所述坐标信息、姿态信息和巡检路径信息，采用所述复合控制器确定所述巡检无人机的期望加速度和期望角速度；
14、基于所述期望加速度和期望角速度，采用pid控制方法控制所述巡检无人机的升力和力矩。
15、结合第二方面的第一种可实现方式，在第二方面的第二种可实现方式中，确定所述巡检无人机的期望加速度和期望角速度，包括：
16、将所述巡检无人机的坐标信息转换成北东坐标系下的位置坐标。
17、结合第二方面的第一种可实现方式，在第二方面的第三种可实现方式中，采用pid控制方法控制所述巡检无人机的升力和力矩，包括采用以下动力学模型计算巡检无人机的升力和力矩：
18、
19、
20、其中，为巡检无人机各轴的加速度，g为重力加速度，m为巡检无人机重量，r(k)为旋转矩阵，ez＝(0，0，1)t为z方向的单位向量，i(k)为惯性矩阵，t(k)为巡检无人机的升力，τ(k)为巡检无人机的力矩。
21、结合第二方面的第三种可实现方式，在第二方面的第四种可实现方式中，根据所述巡检无人机类型调整所述巡检无人机对应的动力学模型。
22、第三方面，提供了一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制系统，在第四方面的第一种可实现方式中，包括：
23、构建模块，配置为采用如第一方面的第一或第二种可实现方式中所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，构建所述巡检无人机对应的复合控制器；
24、获取模块，配置为获取巡检无人机实时的坐标信息、姿态信息和巡检路径信息；
25、处理模块，配置为根据所述坐标信息、姿态信息和巡检路径信息，采用所述复合控制器确定所述巡检无人机的期望加速度和期望角速度；
26、控制模块，配置为基于所述期望加速度和期望角速度，采用pid控制方法控制所述巡检无人机的升力和力矩。
27、结合第三方面的第一种可实现方式，在第三方面的第二种可实现方式中，所述处理模块包括：坐标转换单元，配置为将所述巡检无人机的坐标信息转换成北东坐标系下的位置坐标。
28、结合第三方面的第一种可实现方式，在第三方面的第三种可实现方式中，所述控制模块采用以下动力学模型计算巡检无人机的升力和力矩：
29、
30、
31、其中，为巡检无人机各轴的加速度，g为重力加速度，m为巡检无人机重量，r(k)为旋转矩阵，ez＝(0，0，1)t为z方向的单位向量，i(k)为惯性矩阵，t(k)为巡检无人机的升力，τ(k)为巡检无人机的力矩。
32、结合第三方面的第三种可实现方式，在第三方面的第四种可实现方式中，还包括调整模块，配置为根据所述巡检无人机类型调整所述巡检无人机对应的动力学模型。
33、有益效果：采用本专利技术的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建、控制方法及系统，利用欧拉近似方法将外部扰动下的连续形式无人机模型转换为离散形式，以此构建的离散时间控制器可以直接应用只能处理离散时间数字信号的机载计算机中。并且在离散时间控制器中结合了离散干扰观测器以补偿外部扰动对无人机飞行控制性能的不利影响，使得无人机在利用该复合控制器跟踪期望的路径轨迹时，可以保证轨迹跟踪的稳定性和准确性。
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1.一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，其特征在于，所述复合控制器为：
3.一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，确定所述巡检无人机的期望加速度和期望角速度，包括：
5.根据权利要求3所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，采用PID控制方法控制所述巡检无人机的升力和力矩，包括采用以下动力学模型计算巡检无人机的升力和力矩：
6.根据权利要求5所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，根据所述巡检无人机类型调整所述巡检无人机对应的动力学模型。
7.一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制系统，其特征在于，所述处理模块包括：坐标转换单元，配置为将所述巡检无人机的坐标信息转换成北东坐标系下的位置坐标。
9.根据权利要求7所
10.根据权利要求9所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制系统，其特征在于，还包括调整模块，配置为根据所述巡检无人机类型调整所述巡检无人机对应的动力学模型。
...【技术特征摘要】
1.一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制器构建方法，其特征在于，所述复合控制器为：
3.一种巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，确定所述巡检无人机的期望加速度和期望角速度，包括：
5.根据权利要求3所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法，其特征在于，采用pid控制方法控制所述巡检无人机的升力和力矩，包括采用以下动力学模型计算巡检无人机的升力和力矩：
6.根据权利要求5所述的巡检无人机抗干扰轨迹跟踪控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚元昊，董雷，王鹏，邓国军，张晓双，陈亨驰，陈正飞，
申请(专利权)人：招商局重庆交通科研设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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