[发明专利]一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法

说明书

本发明提供了一种基于U‑model的四旋翼无人机控制方法，包括：分别建立四旋翼无人机机翼的数学模型和四旋翼无人机轨迹的动力学模型；将所述数学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机机翼独立控制通道的传递函数，其中所述独立通道包括：俯仰通道，翻滚通道、偏航通道和方向通道；将所述传递函数通过基于U‑model的极点配置方法，构建所述四旋翼无人机机翼的第一控制规律；根据所述动力学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机机体的轨迹的驱动子函数；根据所述驱动子函数通过基于U模型的极点配置的方法，构建所述四旋翼无人机机体的第二控制规律；根据所述第一控制规律和所述第二控制规律，构建所述四旋翼无人机的复合控制规律。

技术领域

本发明涉及四旋翼无人机控制技术领域，特别涉及一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法。

背景技术

四旋翼飞行器是无人飞行器的代表，它可搭载相应任务设备实现不同功能，已被广泛应用于侦查打击、毁伤评估、农情巡检、快递运输、编队表演等军用领域。四旋翼飞行器在飞行过程中会遭受到阵风扰动、机械振动、执行器故障而轨迹偏离等各种问题，降低飞行器的飞行性能。因此，对于四旋翼无人机飞行过程中轨迹的控制和机翼的控制非常重要。现有技术中，由于四旋翼飞行器可执行的任务多种多样，这使得它的机型种类繁多。面对不同的机型需要针对性建模之后分别设计出对应的控制器来满足各自的性能要求，对于轨迹控制和机翼控制会通过单独设计。因此，不同的机型控制器也是多种多样的，导致四旋翼无人机控制器设计困难，增加了四旋翼无人机控制器的设计成本，因此对于四旋翼无人机机翼和轨迹的复合式通用控制器设计尤为重要。

发明内容

本发明提供一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法，用以解决不同的四旋翼无人机控制器需要进行不同的设计的情况。

一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法，包括：

分别建立四旋翼无人机机翼的数学模型和四旋翼无人机航行轨迹的动力学模型；

将所述数学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机机翼独立控制通道的传递函数，其中，所述独立通道包括：俯仰通道，翻滚通道、偏航通道和方向通道；

将所述传递函数通过基于U-model的极点配置方法，获取所述四旋翼无人机机翼的第一控制规律，以实现对所述四旋翼无人机机翼的控制；

根据所述动力学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机轨迹的驱动子函数；

根据所述驱动子函数通过基于U模型的极点配置的方法，获取所述四旋翼无人机机体的第二控制规律，以实现对所述四旋翼无人机航行轨迹的控制；

将所述第一控制规律和所述第二控制规律相结合，获取所述四旋翼无人机的复合式闭环控制规律，实现对所述四旋翼无人机的飞行控制。

进一步地：所述分别建立四旋翼无人机机翼的数学模型和四旋翼无人机机体的动力学模型，包括以下步骤：

建立所述四旋翼无人机机翼的数学模型，包括：

获取所述四旋翼飞行器的惯性坐标系和飞行坐标系；

提取绕所述惯性坐标系三轴旋转的翻滚角φ、俯仰角θ和偏航角ψ；获取所述四旋翼无人机的垂直速度控制量u₁，翻滚输入控制量u₂，俯仰控制量u₃，偏航控制量u₄，设所述四旋翼无人机在所述惯性坐标系上的位移为I；其中，在在所述惯性坐标系的x轴上位移为I_x，y轴上位移为I_y，z轴上位移为I_z,四旋翼无人机重量为m，得到以非线性运动方程表示的数学模型：