[发明专利]一种抗干扰和饱和特性的飞行机械臂位姿控制方法

权利要求书

1.一种抗干扰和饱和特性的飞行机械臂位姿控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建含有环境外力及机械臂运动特性的飞行机械臂耦合动力学方程，针对机械臂与无人机间的耦合作用设计对应估计器；；

步骤二、对飞行机械臂中由于外界环境交互带来的干扰，设计环境外力干扰观测器；

步骤三、针对机械臂与无人机间的耦合作用估计误差和环境外力交互干扰观测误差，设计抗饱和控制器进行抑制；

步骤四、通过求取抗饱和控制器、耦合作用估计器与环境外力观测器控制增益，设计复合分层抗干扰控制器，并根据耦合作用和环境外力的矢量方向采用智能匹配、分类补偿的原则设计飞行机械臂位置控制器，完成多源干扰影响下的飞行机械臂抗干扰姿态控制。

2.根据权利要求1所述的一种抗干扰和饱和特性的飞行机械臂位姿控制方法，其特征在于，所述步骤一、构建含有环境外力及机械臂运动特性的飞行机械臂耦合动力学方程，具体步骤如下：

针对直流无刷电机中的饱和特性，并同时考虑机械臂耦合作用与外力干扰的动力学方程，建立飞行机械臂模型，表示如下：

式中，v_b表示作为机械臂基座的旋翼无人机的平动速度上面的·表示一阶导数，m_b和m_l分别为多旋翼无人机质量和机械臂关节的质量；F_t为多旋翼无人机的总推力，R_b为多旋翼无人机体坐标系到惯性坐标系的转换矩阵；e₃＝[0 0 1]^T，g为重力加速度，F_dis表示质心偏移导致的对基座的干扰力，ω_b为多旋翼无人机的角速度，I_b为多旋翼无人机的转动惯量，τ为多旋翼产生的力矩，τ_dis为质心偏移对基座产生的干扰力矩；

进一步得到：

F_dis＝F_man+F_env

式中F_man表示由机械臂运动产生的耦合作用力，视为施加在无人机上的干扰外力，F_env表示飞行机械臂与外界环境交互产生的外力干扰；r_COM表示在基座为参考原点下系统的质心，上面两点·表示二阶导数，m_l为机械臂关节的质量，m_b为无人机的质量，m_s为系统总质量，R_b为四旋翼旋转矩阵，e₃＝[0 0 1]，g是重力加速度，ω_b是无人机角速度；表示系统的加速度；F_t是多旋翼无人机的总推力。

3.根据权利要求1所述的一种抗干扰和饱和特性的飞行机械臂位姿控制方法，其特征在于，所述步骤二、对飞行机械臂中由于外界环境交互带来的干扰，设计环境外力干扰观测器；

对于与外界环境交互而引起的外力干扰由下述模型表征：

设计的基座浮动干扰观测器具体实现如下：

其中，v(t)是基座浮动观测器的一个辅助状态变量，是辅助状态变量的变化率，是外界干扰对系统状态的影响，是基座浮动针对集总干扰d_s(t)的估计值，L是待求干扰观测器的增益，A、B是系统状态方程的特征矩阵，t表示时间，x(t)表示系统的状态，u(t)表示控制输入，W和V是干扰模型的参数矩阵。