[發(fā)明專利]基于預見控制的四旋翼飛行器的定點巡航控制方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110706990.0 | 申請日： | 2021-06-24 |
| 公開（公告）號： | CN113342024A | 公開（公告）日： | 2021-09-03 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 王昭鴻;黃佳;楊卓 | 申請（專利權(quán)）人： | 湘潭大學 |
| 主分類號： | G05D1/08 | 分類號： | G05D1/08;G05D1/10 |
| 代理公司： | 暫無信息 | 代理人： | 暫無信息 |
| 地址： | 411105 *** | 國省代碼： | 湖南;43 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 預見 控制 四旋翼 飛行器 定點 巡航 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種基于預見控制的四旋翼飛行器的定點巡航控制方法。定點巡航飛行是四旋翼飛行器飛行控制的一種常用方法。但采用的是經(jīng)典控制技術(shù)—反饋控制，使得四旋翼飛行器在實際巡航控制中，采用的是一種“事后”控制方式，不能根據(jù)事先給定的巡航路線提前做好轉(zhuǎn)彎準備，而是表現(xiàn)出明顯的延遲性，在飛出預置航線后才能進行轉(zhuǎn)彎控制，就這很大程度上制約了四旋翼飛行器的飛行性能，削弱了飛行器的機動性和操控性。針對這些不足，利用預見控制中提前已知未來信息和干擾信息作為前饋補償，使得目標值和輸出之間的跟蹤誤差最小，優(yōu)化飛行器的飛行控制性能，從而提高四旋翼飛行器的機動性和快速反應(yīng)能力。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及飛行器領(lǐng)域，具體是用預見控制解決四旋翼飛行器輸出滯后、系統(tǒng)延遲、控制精度不足的問題。
背景技術(shù)
隨著MEMS傳感器技術(shù)和嵌入式技術(shù)的不斷發(fā)展，多軸無人飛行器技術(shù)引起了眾多領(lǐng)域?qū)W者與專家的關(guān)注，其具有小型化、操作簡單、飛行穩(wěn)定、成本低等特點，現(xiàn)已成為小型無人飛行器市場最具研究和發(fā)展價值的技術(shù)。
目前，在軍事領(lǐng)域，多軸無人飛行器多用于單兵作戰(zhàn)使用，常被用于執(zhí)行無人機單兵偵察與輔助打擊任務(wù)。在民用領(lǐng)域，多軸無人機常被用于較為危險和困難的特殊場景使用，例如，可以代替人員執(zhí)行一些有毒有害環(huán)境下的特殊任務(wù)、進入高輻射區(qū)域檢查室內(nèi)設(shè)備、在震后救災(zāi)中，可以進入廢墟進行生命探測作業(yè)等。而在多軸無人機家族中，四旋翼飛行器具有靈活性強、成本低、耗電量小等特點，使其在工程領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。因此，研究及選擇合理的控制方法，是飛行器領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵所在。
發(fā)明內(nèi)容
針對四旋翼飛行器定點巡航存在控制精度不足、系統(tǒng)延遲、輸出滯后、偏移路線的問題，本發(fā)明公開了一種基于預見控制的四旋翼飛行器的定點巡航控制方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：
通過加速度傳感器、光流傳感器、紅外傳感器、氣壓傳感器獲取四旋翼飛行器水平位置、垂直位置、姿態(tài)角、加速度、氣壓等信息；
該系統(tǒng)是電壓輸入型的，將姿態(tài)角穩(wěn)定回路的電壓值作為系統(tǒng)的輸入，水平位置、垂直位置、速度作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量；
基于預見控制對四旋翼飛行器進行高精度的控制；
本發(fā)明的技術(shù)效果在于：由于四旋翼飛行器存在非線性，故傳統(tǒng)的PID控制效果并不十分理想，因此采用預見控制進行前饋補償，使得四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的非線性問題和不確定性問題得到改善；
附圖說明
圖1是本發(fā)明提出的一種基于預見控制的四旋翼飛行器的定點巡航控制方法原理框圖
具體實施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
如圖1所示，本發(fā)明提出的一種基于預見控制的四旋翼飛行器的定點巡航控制方法原理框圖，本發(fā)明提供的四旋翼飛行器控制方法是以未來信息為基礎(chǔ)，進行最優(yōu)預見跟蹤控制，跟蹤誤差減小，系統(tǒng)品質(zhì)得到提高，預見信息的引入有效的補償了飛行器的操作時延和干擾。預見控制將未來信息作為控制系統(tǒng)未來地目標值，空氣阻力作為控制系統(tǒng)未來地干擾值。四旋翼飛行器各類傳感器將相關(guān)數(shù)據(jù)作為預見信息運用到飛行器閉環(huán)控制中。其具體預見控制方法步驟如下：
步驟1：假設(shè)此四旋翼飛行器控制系統(tǒng)的線性離散狀態(tài)方程為
其中y(k)為四旋翼飛行器運動軌跡；d(k)為飛行過程中的空氣阻力；u(k)為由k時刻的控制量；x(k)為四旋翼飛行器k時刻的狀態(tài)量。假設(shè)1系統(tǒng)(1)可控，可觀。
假設(shè)2干擾信號d(k)的預見步數(shù)為Md，即當前時刻值d(k)以及未來Md步的值d(k+1),d(k+2),…,d(k+Md)為已知，Md步以后為定值，也就是
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