[發明專利]基于部分反饋線性化四旋翼無人機吊掛飛行控制方法

在審

• 申請號: 201711320183.5
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN108052117A
• 公開（公告）日: 2018-05-18
• 發明（設計）人: 鮮斌;楊森
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05B13/04
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及一種四旋翼無人機負載飛行的控制方法，為提出一種基于部分反饋線性化方法的非線性控制器，實現四旋翼無人機軌跡跟蹤的同時較好地抑制吊掛負載在飛行中的擺動。本發明采用的技術方案是，基于部分反饋線性化四旋翼無人機吊掛飛行控制方法，在設置有用于吊載物品的吊繩的無人機上實現，步驟是，建立非線性動力學模型，運用部分反饋線性化方法對四旋翼無人機吊掛飛行過程的非線性動力學模型進行部分線性化，進而設計控制器實現無人機控制。本發明主要應用于四旋翼無人機負載飛行的控制場合。

技術領域

本發明涉及一種四旋翼無人機負載飛行的控制方法，特別是涉及四旋翼無人機以吊掛方式負載物體飛行的控制方法。

背景技術

四旋翼無人機是一種多旋翼結構的飛行器。由于四旋翼無人機便利、廉價、機動性能強的優勢，近年來四旋翼無人機吊掛飛行系統越來越受到人們的關注。

目前國內研究人員的相關研究工作多為針對全尺寸直升機吊掛飛行中，面向飛行員的操作控制性性能問題，以及針對吊掛繩索和吊掛載荷的空氣動力學特性分析問題(期刊：南京航空航天大學學報；著者：齊萬濤，陳仁良；出版年月：2011年；文章題目：直升機吊掛飛行穩定性和操縱性分析；頁碼：406-412)。而對微、小型多旋翼無人機的吊掛飛行問題涉及相對較少。

國外研究人員針對無人機直升機吊掛飛行的問題提出了一些不同的控制方法。G.Wu等人(期刊：IEEE Access；著者：G.Wu,K.Sreenath；出版年月：2015年；文章題目：Variation-Based Linearization of Nonlinear Systems Evolving on SO(3)and S2；頁碼：1592–1604)提出一種針對SO(3)系統的時變線性化方法，運用該方法對四旋翼無人機吊掛系統進行了線性化分析，并以此設計了LQR(linear quadratic regulator)控制器實現了對該系統的穩定控制。

另一些研究團隊針對四旋翼無人機吊掛飛行系統的軌跡跟蹤問題進行了研究。S.Notter等人(期刊：IFAC Papers On Line；著者：S.Notter,A.Heckmann,A.Mcfadyen,F.Gonzalez；出版年月：2016年；文章題目：Modelling,Simulation and Flight Test of aModel Predictive Controlled Multirotor with Heavy Slung Load；頁碼：182–187)運用模型預測控制(MPC，Model Predictive Control)方法實現了針對多旋翼吊掛飛行的穩定控制和精確定位。K.Sreenath等人(會議：In Proceedings of 2013IEEE InternationalConference on Robotics and Automation；著者：K.Sreenath,N.Michael,and V.Kumar；出版年月：2013年；文章題目：Trajectory Generation and Control of a Quadrotorwith a Cable-Suspended Load–A Differentially-Flat Hybrid System；頁碼：4888-4895)利用微分平坦方法針對四旋翼吊掛飛行系統設計了非線性控制策略，實現了四旋翼穩定的飛行與吊掛減擺的控制效果。