[发明专利]一种基于变分模态分解的动态系统控制方法

权利要求书

1.一种基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、建立动态系统的运动学方程；

S2、建立动态系统的动力学方程；

S3、根据运动学方程和动力学方程确定动态系统初步PID控制器参数，采集误差信号为滑动窗口赋初值；

S3、利用滑动窗口提取当前时刻及当前时刻前设定数量数据点的误差信号，并获取误差的积分信号和微分信号，分别对误差信号、误差的积分信号、误差的微分信号进行变分模态分解处理，每个信号分别得到对应的K个不同频段的基础模态信号：

e(t)表示误差信号，∫e(t)dt表示误差的积分信号，表示误差的微分信号，u_ek(t)表示e(t)对应的基础模态信号，u_ik(t)表示∫e(t)dt对应的基础模态信号，u_dk(t)表示对应的基础模态信号，k表示本征模态函数分量的标号，k＝1，…,K，ε₁、ε₂和ε₃分别表示对e(t)、∫e(t)dt和进行变分模态分解后对应的残差量；

S4、计算控制力ctrl，根据ctrl对动态进行控制：

K表示信号分解后得到的不同频段的基波的数目，p_k、q_k和r_k分别表示e(t)、∫e(t)dt和相应频率的控制系数。

2.根据权利要求1所述的基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，所述K＝3，3个不同频段的基础模态信号分别为低频信号、中频信号和高频信号。

3.根据权利要求2所述的基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，所述S3中，滑动窗口长度为20。

4.根据权利要求3所述的基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，所述S1中，所述动态系统为四旋翼无人机,其运动学方程为：

其中，θ为俯仰角，φ为横滚角，ψ为偏航角，R表示无人机机体坐标系变换到世界坐标系下的转换矩阵；

m为无人机的质量；x、y、z分别为无人机三轴在世界坐标系下的位置；U₁、U₂、U₃、U₄分别为4个电机的控制输入量；g为加速度常数；L_p为升力系数，L_d为拖拉系数，ω₁、ω₂、ω₃和ω₄分别为四个螺旋桨的旋转角速率。

5.根据权利要求4所述的基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，所述S2中，四旋翼无人机的动力学方程为：

其中，I_x、I_y、I_z分别为无人机三轴的转动惯量；d为螺旋桨中心至机体坐标系原点的距离。

6.根据权利要求5所述的基于变分模态分解的动态系统控制方法，其特征在于，PID控制器为：

其中，e为初始阶段无人机跟踪期望的偏差，∫edt为偏差的积分，为偏差的微分，K_p、K_i、K_d分别为比例系数、积分系数和微分系数。