[发明专利]基于极限环的四旋翼空间圆形编队解耦控制方法

权利要求书

1.一种基于极限环的四旋翼空间圆形编队解耦控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立四旋翼数学模型，包括转矩方程、动态模型和姿态角解算方程；

步骤2、构建四旋翼编队系统感知拓扑结构及队形，设计四旋翼空间圆形编队控制器的单积分模型；

步骤3、设计高度控制器，采用基于偏差控制的PID控制器，控制四旋翼编队在期望的高度进行编队飞行；

步骤4、设计圆形汇聚控制器，采用具有稳定极限环的振荡器，控制四旋翼编队进行水平方向的圆形汇聚盘旋；

步骤5、设计间距布局控制器，采用有限时间控制律，控制四旋翼个体之间间距，形成设定的圆形相对位置分布；

步骤6、设计避免碰撞控制器，采用人工势场法，控制四旋翼编队避免碰撞；

步骤7、设计一种空间圆形编队控制器，由步骤3-5所述控制器组成的分布式控制器，再结合步骤6所述的避免碰撞控制器形成；通过空间圆形编队控制器得到相对于目标圆心的目标速度，利用机体坐标系加速度转换公式转换为大地坐标系下的目标加速度，再进行姿态反解得到目标欧拉角，包括四旋翼的横滚角和俯仰角θ。

2.根据权利要求1所述的基于极限环的四旋翼空间圆形编队解耦控制方法，其特征在于，步骤1所述的建立四旋翼数学模型，具体包括以下步骤:

步骤1.1、建立四旋翼转矩方程如下：

其中，τ_x、τ_y和τ_z为四旋翼绕x、y和z轴方向上的转矩，C_T为旋翼升力系数；l为四旋翼质心到旋翼转轴的距离；ω_i为第i号电机的转速，i＝1,2,3,4；C_D为旋翼阻力系数；

步骤1.2、建立四旋翼动态模型如下：

式中，x_e、y_e、z_e为四旋翼在大地坐标系下的位置；为大地坐标系下的加速度，F_sum＝C_T(ω₁²+ω₂²+ω₃²+ω₄²)为四个螺旋桨的总拉力；m为单架四旋翼的总质量；θ、ψ为四旋翼的横滚角、俯仰角和偏航角；为横滚角、俯仰角和偏航角的角速度，为横滚角、俯仰角和偏航角的角加速度，g为重力加速度；I_x、I_y、I_z为四旋翼绕x、y、z轴的转动惯量；

步骤1.3、建立姿态角解算方程，首先将大地坐标系下的加速度和的转换为机体坐标系下的加速度和

然后由式2、式3可得机体坐标系下的目标欧拉角的求解公式：

其中，ψ为测量出的偏航角。