[發(fā)明專利]傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)姿態(tài)與高度自適應(yīng)魯棒控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611032392.5
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN106647783B
• 公開（公告）日: 2019-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鮮斌;金鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 劉國威

本發(fā)明涉及傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)動力學(xué)模型建立與其姿態(tài)與高度控制，為針對尾舵傾角可獨(dú)立控制的傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)，設(shè)計一種魯棒性較好，同時可以彌補(bǔ)動力學(xué)系統(tǒng)不確定性的自適應(yīng)律與非線性控制器。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)姿態(tài)與高度自適應(yīng)魯棒控制方法，步驟如下：1)建立傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)相關(guān)的坐標(biāo)系：2)建立以旋翼電機(jī)轉(zhuǎn)速與尾舵傾角的傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)動力學(xué)模型：3)設(shè)計非線性控制器與自適應(yīng)律。本發(fā)明主要應(yīng)用于傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)設(shè)計制造場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)動力學(xué)模型建立與其姿態(tài)與高度控制。

背景技術(shù)

近年來，多旋翼飛行器的導(dǎo)航和控制得到了長足的發(fā)展，成為了相關(guān)研究的熱點(diǎn)。多旋翼飛行器的續(xù)航時間與其自重和結(jié)構(gòu)有著密切的關(guān)系，相比與市面上常見的四旋翼、六旋翼無人機(jī)等，同等級的傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)具有較輕的起飛重量，較低的飛行功耗，結(jié)構(gòu)更為緊湊等特點(diǎn)，可以進(jìn)一步增加續(xù)航時間，提高懸停效率，增強(qiáng)飛行機(jī)動性能。

傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人飛行器融合了多旋翼直升機(jī)與傾轉(zhuǎn)式飛行器二者的優(yōu)勢，在保持多旋翼直升機(jī)垂直起降，便于操作的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在尾舵增加了舵機(jī)，改善了動力機(jī)構(gòu)，因而也具備傾轉(zhuǎn)式飛行器機(jī)動性能強(qiáng)，有效載荷大等優(yōu)點(diǎn)，具備一定的研究潛力和研究價值。

法國的貢比涅技術(shù)大學(xué)的研究人員在忽略尾舵產(chǎn)生的側(cè)向力的情況下，建立了三旋翼無人機(jī)姿態(tài)與位置的力學(xué)模型，并結(jié)合了飽和函數(shù)和比例微分控制器，設(shè)計關(guān)于三旋翼無人機(jī)的姿態(tài)和位置控制器，其位置的控制精度在0.1m以內(nèi)，滾轉(zhuǎn)角和俯仰角的控制精度在2°以內(nèi)，偏航角的控制精度在5°以內(nèi)(期刊：Control Engineering Practice；著者：Salazar-Cruz S,Lozano R,J，出版年月：2009年；文章題目：Stabilization andnonlinear control for a novel trirotor mini-aircraft，頁碼：886-894)(期刊：IEEETransactions on Aerospace&Electronic Systems；著者：Salazar-Cruz S,Kendoul F,Lozano R，出版年月：2008年；文章題目：Real-time stabilization of a small three-rotor aircraft，頁碼：783-794)。

印度理工大學(xué)(Indian Institute of Technology,Madras)的研究人員在傾轉(zhuǎn)式雙軸無人飛行器研究基礎(chǔ)上，將其與傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)的研究相結(jié)合[13][14]。通過對三旋翼無人機(jī)的受力分析與能量分析，建立了歐拉-拉格朗日形式(Euler-LagrangeFormalism)的傾轉(zhuǎn)式三旋翼無人機(jī)的動力學(xué)模型。并在此基礎(chǔ)上結(jié)合反饋線性化，應(yīng)用反步法(Back stepping)設(shè)計出了針對三旋翼無人機(jī)位置以及姿態(tài)的比例微分(PD)控制器，該控制器也可應(yīng)用到傾轉(zhuǎn)式雙軸無人機(jī)的飛行控制中。(會議：Chinese Control andDecision Conference；著者：Kulhare A,Chowdhury A B,Raina G；出版年月：2012年；文章題目：A Back-stepping Control Strategy for the Tri-rotor UAV；頁碼：3481-3486)。