[發明專利]用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法

有效

• 申請號: 201810181246.1
• 申請日: 2018-03-06
• 公開（公告）號: CN108445753B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發明（設計）人: 唐猛
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

1.用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一、根據實際側向力平衡和擾動抑制控制系統，建立該系統的空間模型，確定系統的強耦合特性；所述側向力平衡和擾動抑制控制系統的空間模型包括豎向對稱平面、連接桿和固定點；所述側向力平衡和擾動抑制控制系統關于該豎向對稱平面對稱，且通過連接桿固定懸掛于固定點；

步驟二、通過對側向力平衡和擾動抑制控制系統的狀態反饋方式對該系統空間模型進行解耦；

步驟三、通過PID控制器對空間模型進行調節，并據此設置用于實時觀測外部干擾推力大小的干擾觀測器融合到位置控制系統中；

步驟四、選擇降階觀測器反饋增益提高干擾觀測器對干擾抑制的響應效果；

步驟五、進行仿真驗證；

降階觀測器的實現由下式給出：

構造出降維擾動狀態觀測器的方程為：

式中，

則狀態向量的估計值就由下式給出：

構建出突變負載擾動觀測器模型的方程式如下所示：

其中，L＝[l₁ l₂]^T為一個2×1的常值矩陣；λ₁和λ₂分別為突變負載擾動觀測器的特征值；m為系統模型的質量；I_o為系統繞O點在XOZ平面的轉動慣量；系統在XOZ方向的角速度為突變載荷為F_l；I為單位矩陣；l為固定點到側向力平衡和擾動抑制控制系統重心的距離。

2.如權利要求1所述的用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，其特征在于：步驟一中，所述側向力平衡和擾動抑制控制系統的一側的電機螺旋槳推力一和另一側的電機螺旋槳推力二方向相同且關于豎向對稱平面對稱；并以豎向對稱平面與水平面的相交線向電機螺旋槳推力一或二的方向為X軸的正方向，以垂直于豎向對稱平面向內為Y軸的正方向，建立側向力平衡和擾動抑制控制系統的機體坐標系。

3.如權利要求2所述的用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，其特征在于：步驟一中，確定系統的強耦合特性的步驟為：

1.1、通過側向力平衡和擾動抑制控制系統由起始位置O起，先在YOX平面做偏轉運動旋轉β角,然后再通過俯仰運動偏轉θ角運動至目標位置P；其中，坐標為：O(0，0，0)、P(Xp,Yp,Zp)；

1.2、根據側向力平衡和擾動抑制控制系統在位置P的受力情況，列出該系統的平衡方程；

1.3、由側向力平衡和擾動抑制控制系統的平衡方程，取狀態變量輸入為(F₁,F₂)，其中，F₁為電機螺旋槳推力一，F₂為電機螺旋槳推力二，輸出為(θ,β)，得到該系統的狀態空間方程；

1.4、將側向力平衡和擾動抑制控制系統的實際參數代入該系統的狀態空間方程，得到側向力平衡和擾動抑制控制系統的空間模型的傳遞函數；

1.5、對側向力平衡和擾動抑制控制系統的空間模型進行仿真，得到開環系統在階躍輸入情況下的響應曲線；

1.6、分析響應曲線，得出側向力平衡和擾動抑制控制系統的強耦合特性，確定解耦的必要性。

4.如權利要求2所述的用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，其特征在于：步驟二中，對側向力平衡和擾動抑制控制系統空間模型進行解耦按以下步驟順序進行：

2.1、得到側向力平衡和擾動抑制控制系統解耦后的狀態空間表達式；

2.2、根據解耦后的狀態空間表達式得到解耦后的該系統傳遞函數；

2.3、進行仿真，得到反饋解耦后該系統的階躍響應曲線，并據此確定反饋解耦過后的側向力平衡和擾動抑制控制系統被看作一組相互獨立的單變量系統。