[發明專利]四旋翼飛行器對角動力損失狀態下的失控保護控制算法

有效

• 申請號: 201710606622.2
• 申請日: 2017-07-24
• 公開（公告）號: CN107256028B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 吳玉虎;胡凱建;孫希明;汪銳;吳振宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京君泊知識產權代理有限公司 11496
• 代理人: 王程遠

1.一種四旋翼飛行器對角動力損失狀態下的失控保護控制算法，其特征在于：該四旋翼飛行器失控保護控制算法的步驟為：

S1、如果四旋翼飛行器對稱的兩個螺旋槳損壞，則對角動力損失；假設四旋翼飛行器1、3號電機失去動力，則升力F₁＝F₃＝0；

其中，F表示單個電機配合螺旋槳產生的升力，F₁和F₃分別表示1、3號電機產生的升力；

則模型控制量與電機升力之間的關系式為：

F_input＝GF_r, (0.1)

其中：F₂和F₄分別表示2、4號電機產生的升力；

其中，螺旋槳升力系數為c_T，螺旋槳轉矩系數為c_Q；l為電機到飛行器質心的距離；

因為rank(G:F_input)＝3＞rank(G)＝2，等式無解；

為了能夠使方程有解，放棄偏航和俯仰角度的控制；

S2、基于τ_θ＝0及俯仰角和橫滾角對四旋翼飛行器平穩飛行有著至關重要的作用；選取下式求解F_r

F′_input＝G′F_r, (0.2)

其中：

可得：

由上式可知τ_ψ＝-σF_l,τ_θ＝0；τ_φ是橫滾轉矩，F_l是飛行器總升力，τ_Ψ是偏航轉矩，τ_θ是俯仰轉矩；

S3、確定在2個對角電機損壞后，四旋翼飛行器的數學模型表示為：

s*＝sin*，c*＝cos*，t^*＝tan^*；

η＝[φ θ ψ]^T為歐拉角，用于描述四旋翼飛行器的姿態信息；該歐拉角稱為卡爾丹角，采用z-y-x軸的順序旋轉定義，分別是繞z軸旋轉為偏航角，用ψ表示；繞y軸旋轉為俯仰角，用θ表示；繞x軸旋轉為橫滾角，用φ表示；

ξ＝[x y z]^T慣性坐標系下四旋翼飛行器的位置；υ＝[υ_x υ_y υ_z]^T慣性坐標系下四旋翼飛行器的速度；轉動慣量用I＝diag(I_xx,I_yy,I_zz),飛行器質量用m表示，

ω＝[p q r]^T體坐標系下四旋翼飛行器繞軸角速度；

g為重力系數；

和分別表示坐標軸x，y和z方向的阻力系數；

D_φ，D_θ和D_ψ分別表示歐拉角φ，θ和ψ方向的阻力系數；

S4、令期望姿態為φ_d，期望的位置為x_d、y_d和z_d；

建立如下的誤差系統：

e₁＝φ-φ_d,

e₇＝x-x_d,

e₉＝y-y_d,

e₁₁＝z-z_d,

由上式可得：

其中k_i(i＝1…12)為控制參數；

將式(0.7)和式(0.8)中的位置誤差重新組合為下式所示：

由此可得其中k_h1為控制參數。