[发明专利]多无人机协同飞行吊运系统及定位消摆控制方法

权利要求书

1.多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法，其特征在于，包括：获取三维空间中系统状态的测量值；

构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数；根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的拉力前馈补偿；基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器；

结合控制器形式利用系统状态的测量值得到输入信号；在上述控制输入信号的驱动下，完成各飞行器定位与负载摆动消除的目标，实现多无人机协同飞行吊运；

所述根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的前馈补偿的具体步骤包括：

根据飞行器和负载在期望点的相对位置关系，由几何关系获取各期望摆角，根据各期望摆角获取基于负载期望摆角的三角函数值；

获取吊绳分担负载重量的比例；

依据负载期望摆角的三角函数值和吊绳分担负载重量的比例，获得吊绳拉力在惯性系各方向上的前馈补偿；

根据飞行器质量、重力加速度和沿设定方向的重力补充获取飞行器的重力补偿；

根据吊绳拉力在惯性系各方向上的前馈补偿和飞行器的重力补偿获取系统的前馈补偿。

2.如权利要求1所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法，其特征在于，所述构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数步骤包括：

获取飞行器和负载摆动角度的状态变量；

基于惯性与状态变量的二阶倒数乘积、向心-科里奥利矩阵与状态变量的一阶倒数的乘积、重力矢量和推力矢量构建系统动力学方程；

将飞行器和负载的质量数据和吊绳长度数据输入至系统动力学方程获取重力矢量和推力矢量的具体表达式。

3.如权利要求2所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法，其特征在于，所述构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数步骤还包括：基于各飞行器的平动和负载摆动构造初始储能函数；

构造的虚拟控制输入函数和辅助向量函数；

根据预先设定的误差信号、系统动力学方程、重力矢量、推力矢量、初始储能函数、虚拟控制输入函数和辅助向量函数获取多无人机协同飞行吊运系统的储能函数。

4.如权利要求1所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法，其特征在于，所述基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器的步骤包括：

预先设定控制器中的协同飞行项，保证飞行器之间的相对位置约束；

根据预先设定控制器中的协同飞行项，基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器。

5.如权利要求1所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法，其特征在于，所述获取系统状态的测量值的包括飞行器的质量、负载的质量、吊绳长度、重力加速度常数和飞行器的位置。

6.一种多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制系统，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取系统状态的测量值；

非线性控制器，所述非线性控制器的设计步骤包括：构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数；根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的前馈补偿；基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器；所述根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的前馈补偿的具体步骤包括：根据飞行器和负载在期望点的相对位置关系，由几何关系获取各期望摆角，根据各期望摆角获取基于负载期望摆角的三角函数值；获取吊绳分担负载重量的比例；依据负载期望摆角的三角函数值和吊绳分担负载重量的比例获得吊绳拉力在惯性系各方向上的前馈补偿；根据飞行器质量、重力加速度和沿设定方向的重力补充获取飞行器的重力补偿；根据吊绳拉力在惯性系各方向上的前馈补偿和飞行器的重力补偿获取系统的前馈补偿；

协同飞行及定位消摆控制模块，用于结合控制器形式利用系统状态的测量值得到输入信号；在上述控制输入信号的驱动下，完成各飞行器协同飞行及定位，与负载摆动消除的双重目标，实现多无人机协同飞行吊运。

7.一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，其特征在于，所述计算机指令被处理器执行时，完成如权利要求1-5任一所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法。

8.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成如权利要求1-5任一所述的多无人机协同飞行吊运系统定位消摆控制方法。