[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

说明书

本发明用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，属于无人机控制领域。目的是降低当无人机具备侧向作业功能时,因可能的侧向受力而对无人机飞行姿态和位置产生的影响。步骤一、建立系统的空间和运动模型，确定系统的强耦合特性；步骤二、对该系统空间模型的运动进行解耦；步骤三、设置干扰观测器融合到位置控制系统中；步骤四、选择降阶状态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。本发明，通过建立系统的空间和运动模型，分析系统耦合特性，并通过状态反馈的方式对系统进行解耦控制，建立系统的干扰观测器模型，前馈补偿的方式融合到位置控制系统中，提高对抵抗外部突变干扰的效果。

技术领域

本发明属于无人机控制领域，具体的是用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法。

背景技术

在多旋翼无人机应用中，目前大部分应用的作用力点均位于无人机下方，在这一模式下，无人机只需在结构上平衡好重心，其飞行姿态受其影响就较小。但在一些新兴的特定的应用中，无人机作为一个机载平台，要求其受力点位于无人机的侧面，如用无人机进行墙面喷涂清洗、远距离射击投掷等。在这种模式下，无人机会受到横向的反作用力，该反作用力可能较为恒定，也可能突变，或可能连续扰动，从而对无人机本身产生较大的影响，影响无人机的飞行姿态，进而影响无人机作业效果。

侧向力平衡和扰动抑制控制系统悬挂在无人机机载平台下方，通过调节该系统两侧螺旋桨叶的推力来实现运动控制和反推力平衡控制。由于该系统悬吊在无人机机载平台下的空间环境中，很容易受到突变干扰推力或空间位置变化作用的影响，从而使得该系统在空间中难于保持稳定的工作姿态，无法保持系统所需要的稳定性要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，以降低对无人机飞行姿态的影响。

本发明采用的技术方案是：用于平衡侧向力和抑制无人机侧向反推力的方法，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；

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。

进一步的，步骤一中，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；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。

进一步的，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)，输出为(θ,β)，得到该系统的状态空间方程；