[發明專利]多無人機協同飛行吊運系統及定位消擺控制方法

有效

• 申請號: 202110799601.3
• 申請日: 2021-07-15
• 公開（公告）號: CN113359427B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 梁瀟;張壯;于海;方勇純
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張慶騫

1.多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法，其特征在于，包括：獲取三維空間中系統狀態的測量值；

構造多無人機協同飛行吊運系統的儲能函數；根據飛行器和負載在平衡點穩定后的受力關系獲得系統的拉力前饋補償；基于儲能函數和前饋補償設計非線性控制器；

結合控制器形式利用系統狀態的測量值得到輸入信號；在上述控制輸入信號的驅動下，完成各飛行器定位與負載擺動消除的目標，實現多無人機協同飛行吊運；

所述根據飛行器和負載在平衡點穩定后的受力關系獲得系統的前饋補償的具體步驟包括：

根據飛行器和負載在期望點的相對位置關系，由幾何關系獲取各期望擺角，根據各期望擺角獲取基于負載期望擺角的三角函數值；

獲取吊繩分擔負載重量的比例；

依據負載期望擺角的三角函數值和吊繩分擔負載重量的比例，獲得吊繩拉力在慣性系各方向上的前饋補償；

根據飛行器質量、重力加速度和沿設定方向的重力補充獲取飛行器的重力補償；

根據吊繩拉力在慣性系各方向上的前饋補償和飛行器的重力補償獲取系統的前饋補償。

2.如權利要求1所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法，其特征在于，所述構造多無人機協同飛行吊運系統的儲能函數步驟包括：

獲取飛行器和負載擺動角度的狀態變量；

基于慣性與狀態變量的二階倒數乘積、向心-科里奧利矩陣與狀態變量的一階倒數的乘積、重力矢量和推力矢量構建系統動力學方程；

將飛行器和負載的質量數據和吊繩長度數據輸入至系統動力學方程獲取重力矢量和推力矢量的具體表達式。

3.如權利要求2所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法，其特征在于，所述構造多無人機協同飛行吊運系統的儲能函數步驟還包括：基于各飛行器的平動和負載擺動構造初始儲能函數；

構造的虛擬控制輸入函數和輔助向量函數；

根據預先設定的誤差信號、系統動力學方程、重力矢量、推力矢量、初始儲能函數、虛擬控制輸入函數和輔助向量函數獲取多無人機協同飛行吊運系統的儲能函數。

4.如權利要求1所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法，其特征在于，所述基于儲能函數和前饋補償設計非線性控制器的步驟包括：

預先設定控制器中的協同飛行項，保證飛行器之間的相對位置約束；

根據預先設定控制器中的協同飛行項，基于儲能函數和前饋補償設計非線性控制器。

5.如權利要求1所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法，其特征在于，所述獲取系統狀態的測量值的包括飛行器的質量、負載的質量、吊繩長度、重力加速度常數和飛行器的位置。

6.一種多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制系統，其特征在于，包括：

數據獲取模塊，用于獲取系統狀態的測量值；

非線性控制器，所述非線性控制器的設計步驟包括：構造多無人機協同飛行吊運系統的儲能函數；根據飛行器和負載在平衡點穩定后的受力關系獲得系統的前饋補償；基于儲能函數和前饋補償設計非線性控制器；所述根據飛行器和負載在平衡點穩定后的受力關系獲得系統的前饋補償的具體步驟包括：根據飛行器和負載在期望點的相對位置關系，由幾何關系獲取各期望擺角，根據各期望擺角獲取基于負載期望擺角的三角函數值；獲取吊繩分擔負載重量的比例；依據負載期望擺角的三角函數值和吊繩分擔負載重量的比例獲得吊繩拉力在慣性系各方向上的前饋補償；根據飛行器質量、重力加速度和沿設定方向的重力補充獲取飛行器的重力補償；根據吊繩拉力在慣性系各方向上的前饋補償和飛行器的重力補償獲取系統的前饋補償；

協同飛行及定位消擺控制模塊，用于結合控制器形式利用系統狀態的測量值得到輸入信號；在上述控制輸入信號的驅動下，完成各飛行器協同飛行及定位，與負載擺動消除的雙重目標，實現多無人機協同飛行吊運。

7.一種計算機可讀存儲介質，用于存儲計算機指令，其特征在于，所述計算機指令被處理器執行時，完成如權利要求1-5任一所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法。

8.一種電子設備，其特征在于，包括存儲器和處理器以及存儲在存儲器上并在處理器上運行的計算機指令，所述計算機指令被處理器運行時，完成如權利要求1-5任一所述的多無人機協同飛行吊運系統定位消擺控制方法。