[发明专利]一种多旋翼飞行器控制能力评估指标的计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多旋翼飞行器控制能力评估指标的计算方法，属于飞行控制技术领域。

背景技术

在飞行控制领域，确保飞行器的飞行安全是十分重要和必要的，尤其在飞行器发生故障时保证飞行器的安全飞行，这会降低由于飞机摔机带来的损失。能够实时评估多旋翼飞行器的控制能力是飞行器实现安全飞行的前提。多旋翼飞行器发生故障概率最大的部件就是其旋翼，所以设计一种多旋翼飞行器控制能力的评估指标的计算方法具有非常重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种多旋翼飞行器控制能力评估指标的计算方法。它解决了多旋翼飞行器在旋翼故障或受损时控制能力的评估问题。本发明中采用的多旋翼飞行器模型如图1所示，悬停状态下的多旋翼无人机线性动态模型如下：

其中h,v_h分别为高度和垂直速度，φ,θ,ψ分别为飞行器滚转角、俯仰角和偏航角，p,q,r为飞行器围绕机体轴旋转的角速度，T为飞行器所有电机产生的总升力，L,M,N为电机产生的机体滚转、俯仰和偏航力矩，m_a为飞行器质量，g为重力加速度，并且

其中为单位阵。为惯性常量矩阵，可表示为

J_f∈diag(-m_a,J_x,J_y,J_z)    (3)

其中J_x,J_y,J_z为飞行器围绕滚转、俯仰和偏航轴的转动惯量。

由于飞行器所能提供的控制力有限，控制向量F受到集合Ω约束。如图1所示，由于多旋翼无人机系统的几何结构，每个旋翼提供的升力f_i与系统总推力/扭矩F的关系为：

F=B_ff    (4)

其中f=[f₁ … f_m]^T。控制效率矩阵的参数化形式为

其中r_i,i=1,…,m为旋翼中心到飞行器重心的距离，t_i的定义为

参数η_i∈[0,1]，η_i=0,i=1,…,m表示第i个旋翼停机。由于每个电机只能提供向上的升力，每个电机升力受到约束f_i∈[0,K],i=1,…,m。因此，我们有

f∈Uf=Πi=1m[0,K]---(7)]]>

因此，Ω定义如下

Ω={F|F=B_ff,f∈U_f}.    (8)

本发明提出的多旋翼飞行器控制能力评估指标定义如下