[發明專利]一種基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配方法

有效

• 申請號: 201210191778.6
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102736631A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 王宏倫;蓋文東;樊國瑋
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G01P15/08
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文利

1.一種基于角加速度傳感器的多操縱面無人機閉環控制分配方法，其特征在于，具體包括以下幾個步驟：

步驟一：通過無人機上的角速度傳感器測得當前的無人機角速度，根據期望的角速度指令，得到無人機的期望角加速度；

角速度傳感器測得的角速度為[p,q,r]^T，其中，p表示滾轉角速度，q表示俯仰角速度，r表示偏航角速度，期望的角速度指令為[p_c,q_c,r_c]^T，其中，p_c表示滾轉角速度指令，q_c表示俯仰角速度指令，r_c表示偏航角速度指令，則無人機的期望角加速度為：

p·dq·dr·d=ωp000ωq000ωrpc-pqc-qrc-r]]>

式中，ω_p，ω_q和ω_r為滾轉、俯仰和偏航通道的頻帶或增益，表示期望的滾轉角加速度，表示期望的俯仰角加速度，表示期望的偏航角加速度；

步驟二：通過無人機上的角加速度傳感器測得當前的無人機角加速度其中，表示當前的滾轉角加速度，表示當前的俯仰角加速度，表示當前的偏航角加速度，并與無人機的期望角加速度相減，再與轉動慣量矩陣J_c相乘，得到無人機的力矩增量誤差ΔM_e，即期望力矩增量與實際力矩增量之差：

ΔMe=Jc-1p·d-p·q·d-q·r·d-r·]]>

式中，轉動慣量矩陣J_c為

Jc=Jz/Γ0Jxz/Γ01/Jy0Jxz/Γ0Jx/Γ]]>

式中，J_x表示繞機體軸x軸的轉動慣量，J_y表示繞機體軸y軸的轉動慣量，J_z表示繞機體軸z軸的轉動慣量，J_xz為慣性積，

步驟三：采用控制分配方法對力矩增量誤差ΔM_e進行分配，得到不同執行機構k時刻的控制增量U_v(k)；

步驟四：將當前時刻計算得到的執行機構控制增量U_v(k)與存儲的前一時刻執行機構控制輸入U_v(k-1)相加，得到當前時刻不同執行機構的控制輸入U(k)；

U(k)＝U(k-1)+U_v(k)

式中，U(k)＝[u₁(k),…,u_m(k)]^T，m表示執行機構的數量，u_i(k)i＝1,…,m表示第i個執行機構k時刻的控制輸入；

步驟五：將不同執行機構的控制輸入U(k）分別接入相應的執行機構，從而得到不同操縱面的偏轉角度D(k)；

設有m個執行機構，則這些執行機構的模型為：

式中，K_i表示第i個執行機構的頻帶特性，i＝1,…,m，s表示Laplace算符，

D(k)＝[δ₁(k),…,δ_m(k)]^T，m表示執行機構的數量，δ_i(k)i＝1,…,m表示第i個執行機構k時刻的輸出，即第i個操縱面在k時刻的偏轉角度；

步驟六：在后續的飛行控制過程中，不斷重復前述五個步驟，從而實時得到無人機不同操縱面的偏轉角角度D(k)；

將得到的不同執行機構控制輸入U(k)，以及不同操縱面的偏轉角角度D(k)，均通過測控鏈路下傳顯示，供操控人員監控參考。