【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于飛行器控制，特別涉及一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、傾轉(zhuǎn)無人機具有較強的適應(yīng)性，較高的能效比和穩(wěn)定性，較長的飛行續(xù)航能力，能夠在空中實現(xiàn)更為靈活的控制和運動。隨著人們對無人機活動需求的日益增多，與無人機控制相關(guān)的領(lǐng)域受到了研究人員的廣泛關(guān)注，無人機自主導(dǎo)航、航跡控制、路徑跟蹤以及動力定位等技術(shù)成為了控制領(lǐng)域研究的熱點。解釋性地，傾轉(zhuǎn)無人機在各種飛行工況過程中，所受到的外界擾動主要來自于環(huán)境風(fēng)、湍流等，其可以看作由一系列低頻和高頻的力、扭矩組成的擾動信號；由于無人機系統(tǒng)的低通特性，大部分的高頻擾動扭矩可以濾除，而低頻擾動扭矩具有光滑連續(xù)性和有界性的特點，需要及時采取控制策略進行飛行姿態(tài)維護。綜上所述，傾轉(zhuǎn)無人機控制的研究，不論是在理論上還是在實踐中都具有極其重要的意義。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，大多采用pid控制器（比例-積分-微分控制器，proportionintegration?differentiation?controller）進行傾轉(zhuǎn)無人機控制，尚存在一些待解決的缺陷；具體解釋性地，隨著傾轉(zhuǎn)無人機飛行過程中各工況狀態(tài)的變化，傾轉(zhuǎn)無人機的動態(tài)特性會發(fā)生改變，pid控制器通過調(diào)整比例、積分和微分三個參數(shù)來實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，然而pid控制器的性能會受到微分遲滯、積分引起的震蕩以及飽和等因素的影響，導(dǎo)致參數(shù)調(diào)節(jié)的快速性和穩(wěn)定性受到影響，控制器偏離最優(yōu)工作狀態(tài)，控制性能下降，最終無法實現(xiàn)無人機在傾轉(zhuǎn)過程中的精確控制。原理解釋性地，微分遲滯是指pid控制器在響應(yīng)系統(tǒng)變化時存在的延遲，它
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法及系統(tǒng)，以解決上述存在的一個或多個技術(shù)問題。本專利技術(shù)提供的技術(shù)方案，基于五態(tài)控制器對傾轉(zhuǎn)無人機進行控制，能夠?qū)崿F(xiàn)傾轉(zhuǎn)無人機在傾轉(zhuǎn)過程中的精確控制，相比于現(xiàn)有基于pid控制器的控制方案，具有抗干擾能力強及魯棒性強的優(yōu)點，具有較好的應(yīng)用前景。
2、為達到上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)第一方面，提供一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，包括以下步驟：
4、獲取待控制傾轉(zhuǎn)無人機的飛行狀態(tài)測量信息；其中，所述飛行狀態(tài)測量信息包括傾轉(zhuǎn)無人機的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角和速度；
5、基于獲取的飛行狀態(tài)測量信息，得到傾轉(zhuǎn)無人機的低頻運動信息；其中，所述低頻運動信息包括低通濾波降噪和換算處理后的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角和速度；
6、獲取速度指令，基于所述速度指令與所述低頻運動信息中的速度的偏差，獲得期望姿態(tài)角；
7、基于所述期望姿態(tài)角以及所述低頻運動信息中的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角，利用五態(tài)控制器判斷所屬工況并輸出所屬工況的控制指令；其中，所述控制指令用于控制傾轉(zhuǎn)無人機的傾轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)整旋翼或螺旋槳的傾轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速，以改變傾轉(zhuǎn)無人機的升力和推力方向；所述五態(tài)控制器的控制思想為，在所述低頻運動信息中的姿態(tài)角偏離設(shè)定值時，為傾轉(zhuǎn)無人機施加反方向力矩，以使得姿態(tài)角回歸到設(shè)定值附近預(yù)設(shè)范圍。
8、本專利技術(shù)控制方法的進一步改進在于，
9、所述速度指令由外部輸入，或根據(jù)傾轉(zhuǎn)無人機的位置指令和位置信息計算獲得。
10、本專利技術(shù)控制方法的進一步改進在于，
11、所述基于所述期望姿態(tài)角以及所述低頻運動信息中的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角，利用五態(tài)控制器判斷所屬工況并輸出所屬工況的控制指令的步驟包括：
12、所述低頻運動信息中的姿態(tài)角，分別為滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、偏航角，期望姿態(tài)角，分別為期望滾轉(zhuǎn)角、期望俯仰角、期望偏航角，姿態(tài)角誤差，分別為滾轉(zhuǎn)角誤差、俯仰角誤差、偏航角誤差；
13、所述五態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)角誤差以及姿態(tài)角誤差變化率進行所屬工況的判斷，并根據(jù)姿態(tài)角誤差以及姿態(tài)角誤差變化率的正負(fù)符號，獲得力矩的方向以及強弱。
14、本專利技術(shù)控制方法的進一步改進在于，
15、所述姿態(tài)角誤差變化率的獲取步驟包括：通過期望姿態(tài)角計算獲得期望姿態(tài)角速度，將期望姿態(tài)角速度與所述低頻運動信息中的姿態(tài)角速度作差，得到姿態(tài)角誤差變化率。
16、本專利技術(shù)控制方法的進一步改進在于，
17、所述五態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)角誤差以及姿態(tài)角誤差變化率進行所屬工況的判斷的步驟包括：
18、若e≥0且，則控制器給出強加作用力指令；
19、若e＞0且，則控制器給出弱加作用力指令；
20、若e≤0且，則控制器給出強減作用力指令；
21、若e＜0且，則控制器給出弱減作用力指令；
22、若e=0且，則控制器給出保持作用力指令；
23、其中，e為姿態(tài)角誤差，為姿態(tài)角誤差變化率。
24、本專利技術(shù)第二方面，提供一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，包括：
25、信息獲取模塊，用于獲取待控制傾轉(zhuǎn)無人機的飛行狀態(tài)測量信息；其中，所述飛行狀態(tài)測量信息包括傾轉(zhuǎn)無人機的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角和速度；
26、信息處理模塊，用于基于獲取的飛行狀態(tài)測量信息，得到傾轉(zhuǎn)無人機的低頻運動信息；其中，所述低頻運動信息包括低通濾波降噪和換算處理后的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角和速度；
27、期望姿態(tài)角獲取模塊，用于獲取速度指令，基于所述速度指令與所述低頻運動信息中的速度的偏差，獲得期望姿態(tài)角；
28、控制模塊，用于基于所述期望姿態(tài)角以及所述低頻運動信息中的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角，利用五態(tài)控制器判斷所屬工況并輸出所屬工況的控制指令；其中，所述控制指令用于控制傾轉(zhuǎn)無人機的傾轉(zhuǎn)執(zhí)行機構(gòu)來調(diào)整旋翼或螺旋槳的傾轉(zhuǎn)角度和轉(zhuǎn)速，以改變傾轉(zhuǎn)無人機的升力和推力方向；所述五態(tài)控制器的控制思想為，在所述低頻運動信息中的姿態(tài)角偏離設(shè)定值時，為傾轉(zhuǎn)無人機施加反方向力矩，以使得姿態(tài)角回歸到設(shè)定值附近預(yù)設(shè)范圍。
29、本專利技術(shù)控制系統(tǒng)的進一步改進在于，
30、所述速度指令由外部輸入，或根據(jù)傾轉(zhuǎn)無人機的位置指令和位置信息計算獲得。
31、本專利技術(shù)控制系統(tǒng)的進一步改進在于，
32、所述控制模塊中，執(zhí)行基于所述期望姿態(tài)角以及所述低頻運動信息中的姿態(tài)角速度、姿態(tài)角，利用五態(tài)控制器判斷所屬工況并輸出所屬工況的控制指令的步驟包括：
33、所述低頻運動信息中的姿態(tài)角，分別為滾轉(zhuǎn)角、俯仰角、偏航角，期望姿態(tài)角，分別為期望滾轉(zhuǎn)角、期望俯仰角、期望偏航角，姿態(tài)角誤差，分別為滾轉(zhuǎn)角誤差、俯仰角誤差、偏航角誤差；
34、所述五態(tài)控制器根據(jù)姿態(tài)角誤差以及姿態(tài)角誤差變化率進行所屬工況的判斷，并根據(jù)姿態(tài)角誤差以及姿態(tài)角誤差變化率的正負(fù)符本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
6.一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，其特征在于，
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，其特征在于，
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，其特征在于，
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制系統(tǒng)，其特征在于，
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于五態(tài)控制器的傾轉(zhuǎn)無人機控制方法，其特征在于，
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：邱國廷，陳新民，韓業(yè)鵬，林躍，許豐瑞，
申請(專利權(quán))人：寧波杭州灣新材料研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。