[发明专利]基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法

权利要求书

1.一种基于重心检测的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，构建基于四旋翼货运无人机负载后其重心在地面坐标系Z轴上的重心偏移量Z₁的无人机非线性六自由度运动学模型；所述非线性六自由度运动学模型的构建包括无人机平移运动方程的构建和角运动方程的构建；所述非线性六自由度运动学模型为：

其中，x”、y”、z”为四旋翼货运无人机在地面坐标系中在X、Y、Z轴上的加速度变化率，φ、θ、ψ为四旋翼货运无人机的俯仰角、滚转角和偏航角，φ”、θ”、ψ”为四旋翼货运无人机在地面坐标系下的俯仰角、滚转角和偏航角的角加速度变化率，m_q为四旋翼货运无人机机体的质量，m_t为所载物的质量，D₁x²、D₂y²、D₃z²为地面坐标系下无人机在三个坐标轴方向上的气流干扰力，g为重力常量，F₁、F₂、F₃、F₄分别为四旋翼无人机四个旋翼所产生的升力，l为四旋翼货运无人机的螺旋桨中心到四旋翼货运无人机空载时重心的长度，Z₁为四旋翼货运无人机装载后重心在Z轴下移的下移量，b为四旋翼无人机的升力参数，d为四旋翼无人机的反扭矩因子，ω₁、ω₂、ω₃、ω₄分别对应四旋翼无人机四个旋翼的转速，I_x、I_y、I_z为无人机绕地面坐标系X、Y、Z轴的转动惯量；

步骤S2，构建四旋翼货运无人机负载状态下其重心偏离地面坐标系Z轴时的无人机旋翼升力补偿模型；所述升力补偿模型为：

步骤S3，根据上述非线性六自由度运动学模型以及升力补偿模型构建控制无人机飞行姿态的多级比例微积分控制器模型；所述多级比例微积分控制器模型包括位置控制器、速度控制器、姿态控制器、角速率控制器和升力补偿控制器；其依次串联连接，通过逐级产生控制信号，最后形成产生控制四个旋翼的电压电流信号；

步骤S4，将无人机IMU单元所测量的飞行状态数据输入到所述多级比例微积分控制器模型，实现对四旋翼货运无人机的飞行姿态控制。

2.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述四旋翼货运无人机为十字型四旋翼无人机。

3.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述四旋翼货运无人机在空载状态下无人机重心位于无人机四个旋翼所构成的平面内。

4.根据权利要求1所述的四旋翼货运无人机飞行姿态控制方法，其特征在于，所述无人机IMU单元包括三轴加速传感器、三轴陀螺仪和三轴磁力传感器。