[发明专利]基于预见控制的四旋翼飞行器的定点巡航控制方法

说明书

本发明公开了一种基于预见控制的四旋翼飞行器的定点巡航控制方法。定点巡航飞行是四旋翼飞行器飞行控制的一种常用方法。但采用的是经典控制技术—反馈控制，使得四旋翼飞行器在实际巡航控制中，采用的是一种“事后”控制方式，不能根据事先给定的巡航路线提前做好转弯准备，而是表现出明显的延迟性，在飞出预置航线后才能进行转弯控制，就这很大程度上制约了四旋翼飞行器的飞行性能，削弱了飞行器的机动性和操控性。针对这些不足，利用预见控制中提前已知未来信息和干扰信息作为前馈补偿，使得目标值和输出之间的跟踪误差最小，优化飞行器的飞行控制性能，从而提高四旋翼飞行器的机动性和快速反应能力。

技术领域

本发明涉及飞行器领域，具体是用预见控制解决四旋翼飞行器输出滞后、系统延迟、控制精度不足的问题。

背景技术

随着MEMS传感器技术和嵌入式技术的不断发展，多轴无人飞行器技术引起了众多领域学者与专家的关注，其具有小型化、操作简单、飞行稳定、成本低等特点，现已成为小型无人飞行器市场最具研究和发展价值的技术。

目前，在军事领域，多轴无人飞行器多用于单兵作战使用，常被用于执行无人机单兵侦察与辅助打击任务。在民用领域，多轴无人机常被用于较为危险和困难的特殊场景使用，例如，可以代替人员执行一些有毒有害环境下的特殊任务、进入高辐射区域检查室内设备、在震后救灾中，可以进入废墟进行生命探测作业等。而在多轴无人机家族中，四旋翼飞行器具有灵活性强、成本低、耗电量小等特点，使其在工程领域被广泛应用。因此，研究及选择合理的控制方法，是飞行器领域发展的关键所在。

发明内容

针对四旋翼飞行器定点巡航存在控制精度不足、系统延迟、输出滞后、偏移路线的问题，本发明公开了一种基于预见控制的四旋翼飞行器的定点巡航控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

通过加速度传感器、光流传感器、红外传感器、气压传感器获取四旋翼飞行器水平位置、垂直位置、姿态角、加速度、气压等信息；

该系统是电压输入型的，将姿态角稳定回路的电压值作为系统的输入，水平位置、垂直位置、速度作为系统的状态变量；

基于预见控制对四旋翼飞行器进行高精度的控制；

本发明的技术效果在于：由于四旋翼飞行器存在非线性，故传统的PID控制效果并不十分理想，因此采用预见控制进行前馈补偿，使得四旋翼飞行器控制系统的非线性问题和不确定性问题得到改善；

附图说明

图1是本发明提出的一种基于预见控制的四旋翼飞行器的定点巡航控制方法原理框图

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提出的一种基于预见控制的四旋翼飞行器的定点巡航控制方法原理框图，本发明提供的四旋翼飞行器控制方法是以未来信息为基础，进行最优预见跟踪控制，跟踪误差减小，系统品质得到提高，预见信息的引入有效的补偿了飞行器的操作时延和干扰。预见控制将未来信息作为控制系统未来地目标值，空气阻力作为控制系统未来地干扰值。四旋翼飞行器各类传感器将相关数据作为预见信息运用到飞行器闭环控制中。其具体预见控制方法步骤如下：

步骤1：假设此四旋翼飞行器控制系统的线性离散状态方程为

其中y(k)为四旋翼飞行器运动轨迹；d(k)为飞行过程中的空气阻力；u(k)为由k时刻的控制量；x(k)为四旋翼飞行器k时刻的状态量。假设1系统(1)可控，可观。

假设2干扰信号d(k)的预见步数为M_d，即当前时刻值d(k)以及未来M_d步的值d(k+1),d(k+2),…,d(k+M_d)为已知，M_d步以后为定值，也就是