[发明专利]一种无人飞行器稳定飞行控制方法

说明书

本发明公开了一种无人飞行器稳定飞行控制方法，包括如下步骤：1)获取飞行器自身的实时飞行运行数据，对飞行器的运动学问题进行相应的解析处理，建立飞行器动力学模型；2)根据获取的飞行器实时运行数据与目标姿态数据，构建偏差函数；利用多层零化神经动力学方法，构建基于偏差函数的神经动力学方程；所有参数对应的基于偏差函数的神经动力学方程，共同构成无人飞行器的控制器，控制器的微分方程解算的输出量为飞行器电机的输出控制量；3)将求解结果传递给飞行器的电机调速器控制飞行器运动。本发明基于多层零化神经动力学方法，可快速、准确、实时地逼近问题正确解，能够很好地解决时变问题。

技术领域

本发明涉及一种飞行控制方法，尤其是一种无人飞行器稳定飞行控制方法。

技术背景

近年来，世界无人飞行器技术得到迅猛的发展，具有垂直起降、稳定悬停、无线传输、远程航拍和自主巡航能力的多旋翼飞行器在军事及民事领域具有广阔的应用前景。小型旋翼式无人机由于具有优异的机动性能、简单的机械结构、方便部署与维护简单等特点，被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火，灾情巡查、防恐救生、军事侦察及战场评估等领域。伴随着无人飞行器的广泛应用，稳定以及反应快速的无人机控制器设计引起了众多研究者的关注，而传统的无人机控制器都是基于PID闭环控制算法以及相应的改进控制算法进行设计的。由于PID控制器以及反馈闭环控制系统设计简单，且已具备较好的控制效果，在飞行器的控制器设计上被广泛利用。尽管PID控制器使用简便，但PID控制器以及根据PID控制器所得到的动力分配方案并不能使无人飞行器达到理想中的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳定飞行控制器及动力分配方案的设计方法，该方法利用传感器获取飞行器实时飞行运行数据，通过多层零化神经网络求解飞行器电机的输出控制量，并得到相应的动力分配方案，实现控制无人飞行器的稳定飞行。

本发明的目的可以通过如下技术方案实现：

一种无人飞行器稳定飞行控制方法，所述方法包括：

1)获取飞行器自身的飞行实时运行数据，对飞行器的运动学问题进行解析处理，建立飞行器动力学模型；

2)根据步骤1)获取的飞行实时运行数据与目标姿态数据，构建偏差函数；利用多层零化神经动力学方法，构建基于偏差函数的神经动力学方程；所有参数对应的基于偏差函数的神经动力学方程，共同构成无人飞行器的控制器，控制器的微分方程解算的输出量为飞行器电机的输出控制量；

3)根据步骤2)求解得到的输出控制量与多旋翼无人机电机动力的关系，控制电机动力，完成无人飞行器运动的控制,具体步骤为：

根据无人机动力分配方案，控制器求解得到的控制量与多旋翼无人机电机动力存在如下关系：

U＝WF

其中U＝[u₁ u₂ u₃ u₄]^T为无人飞行器的输出控制量，F＝[F₁ … F_j]^T为无人飞行器的电机动力，j为多旋翼无人机的电机个数，W为无人飞行器动力分配矩阵，矩阵W根据不同结构与旋翼数目会有不同的形式，需要根据其结构和旋翼数确定；

通过矩阵求逆或求伪逆的形式得到相应的电机动力F，也即：

F＝W^-1U

若矩阵W为方阵且可逆，则W^-1通过求逆运算得到，若W不为方阵，则通过相应的伪逆运算求解W^-1；最终得到所需电机动力F并根据电机电压与动力的关系控制电机输入电压以控制电机转速，最终实现对电机动力的控制，完成无人机稳定飞行控制。