[發明專利]基于多層積分神經動力學的多旋翼無人機控制器設計方法

有效

• 申請號: 202110563758.6
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113359440B
• 公開（公告）日: 2023-06-20
• 發明（設計）人: 張智軍;周依行;鄭陸楠
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鐘瑞敏

1.一種基于多層積分神經動力學的多旋翼無人機控制器設計方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)針對多旋翼無人機，構建對應的無人機隱式運動學方程表示如下：

其中，ζ_i1(t)、ζ_i2(t)分別為多旋翼無人機各子系統的位置層狀態變量和速度層狀態變量，a_i(t)和β_i(t)為各子系統的時變參數，u_i(t)為各子系統的控制輸入，下標i指代多旋翼無人機各子系統；

2)將步驟1)中的無人機隱式動力學方程轉化為一般的時變二階系統問題，具體為：

控制目標為系統的一階狀態變量ζ₁(t)收斂到目標的時變軌跡ζ_1T(t)；

其中，ζ₁(t)、ζ₂(t)分別為多旋翼無人機的位置層狀態變量和速度層狀態變量，a(t)和β(t)為多旋翼無人機的時變參數，u(t)為多旋翼無人機的控制輸入；

3)將步驟2)中的時變二階系統的控制問題轉化為求解時變二階系統的控制輸入問題，具體為：設定存在控制輸入理論解u^*(t)，使得成立，進一步使得成立，最終系統的一階狀態變量ζ₁(t)收斂到目標的時變軌跡ζ_1T(t)，即時變二階系統的控制問題轉化為求解控制輸入問題，目標為使得控制輸入u(t)收斂到理論控制輸入u^*(t)；其中，ζ_2T(t)為速度層狀態變量的目標值，n(t)和為多旋翼無人機受到的干擾；

4)使用多層積分神經動力學方法設計二階系統控制器，使步驟3)中時變二階系統的控制輸入收斂到理論控制輸入，具體為：

其中，

式中，為控制輸入u(t)的一階微分；γ、κ₁、κ₂、κ₃均為用于縮放控制器收斂速度和抗噪聲能力的可調參數，γ＞0，κ₁≥0，κ₂≥0，κ₃≥0；e₂(t)和E(t)均為誤差函數，且當a(t)≠0，E(t)收斂到0時，控制輸入u(t)收斂到其理論解u^*(t)，進一步使得e₂(t)收斂到0，系統狀態變量ζ₁收斂到其目標值ζ_1T(t)；τ為時間t的微元；

5)將步驟4)中求得的時變二階系統的控制輸入，分配給多旋翼無人機各子系統。