[发明专利]用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法

权利要求书

1.用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、根据实际侧向力平衡和扰动抑制控制系统，建立该系统的空间模型，确定系统的强耦合特性；所述侧向力平衡和扰动抑制控制系统的空间模型包括竖向对称平面、连接杆和固定点；所述侧向力平衡和扰动抑制控制系统关于该竖向对称平面对称，且通过连接杆固定悬挂于固定点；

步骤二、通过对侧向力平衡和扰动抑制控制系统的状态反馈方式对该系统空间模型进行解耦；

步骤三、通过PID控制器对空间模型进行调节，并据此设置用于实时观测外部干扰推力大小的干扰观测器融合到位置控制系统中；

步骤四、选择降阶观测器反馈增益提高干扰观测器对干扰抑制的响应效果；

步骤五、进行仿真验证；

降阶观测器的实现由下式给出：

构造出降维扰动状态观测器的方程为：

式中，

则状态向量的估计值就由下式给出：

构建出突变负载扰动观测器模型的方程式如下所示：

其中，L＝[l₁ l₂]^T为一个2×1的常值矩阵；λ₁和λ₂分别为突变负载扰动观测器的特征值；m为系统模型的质量；I_o为系统绕O点在XOZ平面的转动惯量；系统在XOZ方向的角速度为突变载荷为F_l；I为单位矩阵；l为固定点到侧向力平衡和扰动抑制控制系统重心的距离。

2.如权利要求1所述的用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，其特征在于：步骤一中，所述侧向力平衡和扰动抑制控制系统的一侧的电机螺旋桨推力一和另一侧的电机螺旋桨推力二方向相同且关于竖向对称平面对称；并以竖向对称平面与水平面的相交线向电机螺旋桨推力一或二的方向为X轴的正方向，以垂直于竖向对称平面向内为Y轴的正方向，建立侧向力平衡和扰动抑制控制系统的机体坐标系。

3.如权利要求2所述的用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，其特征在于：步骤一中，确定系统的强耦合特性的步骤为：

1.1、通过侧向力平衡和扰动抑制控制系统由起始位置O起，先在YOX平面做偏转运动旋转β角,然后再通过俯仰运动偏转θ角运动至目标位置P；其中，坐标为：O(0，0，0)、P(Xp,Yp,Zp)；

1.2、根据侧向力平衡和扰动抑制控制系统在位置P的受力情况，列出该系统的平衡方程；

1.3、由侧向力平衡和扰动抑制控制系统的平衡方程，取状态变量输入为(F₁,F₂)，其中，F₁为电机螺旋桨推力一，F₂为电机螺旋桨推力二，输出为(θ,β)，得到该系统的状态空间方程；

1.4、将侧向力平衡和扰动抑制控制系统的实际参数代入该系统的状态空间方程，得到侧向力平衡和扰动抑制控制系统的空间模型的传递函数；

1.5、对侧向力平衡和扰动抑制控制系统的空间模型进行仿真，得到开环系统在阶跃输入情况下的响应曲线；

1.6、分析响应曲线，得出侧向力平衡和扰动抑制控制系统的强耦合特性，确定解耦的必要性。

4.如权利要求2所述的用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，其特征在于：步骤二中，对侧向力平衡和扰动抑制控制系统空间模型进行解耦按以下步骤顺序进行：

2.1、得到侧向力平衡和扰动抑制控制系统解耦后的状态空间表达式；

2.2、根据解耦后的状态空间表达式得到解耦后的该系统传递函数；

2.3、进行仿真，得到反馈解耦后该系统的阶跃响应曲线，并据此确定反馈解耦过后的侧向力平衡和扰动抑制控制系统被看作一组相互独立的单变量系统。