[发明专利]基于对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机跟踪控制方法

权利要求书

1.基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S101、建立倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型；

S201、S101得到的倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型利用单位对偶四元数表示，得到基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型；

S301、根据S201中基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型，建立基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化跟踪控制器；

S401、利用S301中基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化跟踪控制器，对倾转旋翼多旋翼无人机的执行机构进行控制；

S201具体内容为：

用单位对偶四元数表示的倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型，如下：

其中，

a＝-J^-1ω^b×Jω^b (6)

∈为对偶单位，表示对偶四元数乘法，ξ^b是机体坐标系下的运动旋量，/是机体坐标系下的线速度，p^b是机体坐标系下的位置，/是ξ^b的导数；m和J是倾转旋翼多旋翼无人机的质量和惯性，f和τ是执行机构产生的力和扭矩，ω^b是机体坐标系下的角速度，/表示实际位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

S101具体内容为：倾转旋翼多旋翼无人机的系统动力学基于牛顿-欧拉方法，通过平移和旋转动力学来描述倾转旋翼多旋翼无人机的动力学，其倾转旋翼多旋翼无人机一体化动力学模型如下：

其中，m和J是倾转旋翼多旋翼无人机的质量和惯性，f和τ是执行机构产生的力和扭矩，ω^b是机体坐标系下的角速度，是机体坐标系下的加速度，/是机体坐标系下的角加速度。

3.根据权利要求1所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

利用式(7)来描述倾转旋翼多旋翼无人机旋转p然后的平移p^b，具体见下式：

其中，q是表示旋转的四元数，表示实际位置和姿态。

4.根据权利要求1所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

S301具体包括以下步骤：

S3011.基于误差动力学，计算跟踪误差；

S3012.基于跟踪误差，建立基于反馈线性化原理的控制器结构；

S3013.基于S3012中的控制器结构，建立基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化跟踪控制器。

5.根据权利要求4所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

S3011中跟踪误差计算公式如下：

其中，表示实际位置和姿态，/表示期望配置。

6.根据权利要求4所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

S3012中基于反馈线性化原理的控制器结构为：

7.根据权利要求4所述的基于单位对偶四元数的多旋翼无人机一体化跟踪控制方法，其特征在于，

S3013中基于单位对偶四元数的倾转旋翼多旋翼无人机一体化跟踪控制器如下式所示：

其中，

和/分别为比例、积分和微分增益；

是一种伴随变换，它的计算方法如下：

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