[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

本發明用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，屬于無人機控制領域。目的是降低當無人機具備側向作業功能時,因可能的側向受力而對無人機飛行姿態和位置產生的影響。步驟一、建立系統的空間和運動模型，確定系統的強耦合特性；步驟二、對該系統空間模型的運動進行解耦；步驟三、設置干擾觀測器融合到位置控制系統中；步驟四、選擇降階狀態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。本發明，通過建立系統的空間和運動模型，分析系統耦合特性，并通過狀態反饋的方式對系統進行解耦控制，建立系統的干擾觀測器模型，前饋補償的方式融合到位置控制系統中，提高對抵抗外部突變干擾的效果。

技術領域

本發明屬于無人機控制領域，具體的是用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法。

背景技術

在多旋翼無人機應用中，目前大部分應用的作用力點均位于無人機下方，在這一模式下，無人機只需在結構上平衡好重心，其飛行姿態受其影響就較小。但在一些新興的特定的應用中，無人機作為一個機載平臺，要求其受力點位于無人機的側面，如用無人機進行墻面噴涂清洗、遠距離射擊投擲等。在這種模式下，無人機會受到橫向的反作用力，該反作用力可能較為恒定，也可能突變，或可能連續擾動，從而對無人機本身產生較大的影響，影響無人機的飛行姿態，進而影響無人機作業效果。

側向力平衡和擾動抑制控制系統懸掛在無人機機載平臺下方，通過調節該系統兩側螺旋槳葉的推力來實現運動控制和反推力平衡控制。由于該系統懸吊在無人機機載平臺下的空間環境中，很容易受到突變干擾推力或空間位置變化作用的影響，從而使得該系統在空間中難于保持穩定的工作姿態，無法保持系統所需要的穩定性要求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，以降低對無人機飛行姿態的影響。

本發明采用的技術方案是：用于平衡側向力和抑制無人機側向反推力的方法，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；

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。

進一步的，步驟一中，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；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。

進一步的，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)，輸出為(θ,β)，得到該系統的狀態空間方程；