[發明專利]一種傾轉旋翼重載物流無人機控制系統

有效

• 申請號: 202210093532.9
• 申請日: 2022-01-26
• 公開（公告）號: CN114510066B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 饒紅霞;謝禮杰;徐雍;李軍毅;魯仁全
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 深圳市創富知識產權代理有限公司 44367
• 代理人: 高冰

本發明公開了一種傾轉旋翼重載物流無人機控制方法及系統，該方法包括：考慮無人機系統飛行過程的不確定因素干擾，構建姿態動力學模型；根據姿態動力學模型構建無人機系統的姿態控制狀態方程；根據無人機系統的姿態控制狀態方程建立擴張狀態觀測器并引入至串級PID控制器，得到擾動補償姿態控制器。該系統包括：控制系統和機體結構。能夠實現物流無人機有擾動條件下的穩定飛行，滿足物流無人機平穩運載貨物的嚴格要求。本發明作為一種傾轉旋翼重載物流無人機控制方法及系統，可廣泛應用于無人機控制。

技術領域

本發明涉及無人機控制領域，尤其涉及一種傾轉旋翼重載物流無人機控制方法及系統。

背景技術

近年來，隨著多旋翼無人機技術的逐漸成熟，其在行業應用上的推廣也逐漸擴大。在物流配送行業中，許多公司已經開始研發相應的物流無人機用于快遞、文檔或外賣等的配送?，F有物流無人機多采用傳統多旋翼無人機結構設計或VTOL結構設計，目前的控制設計仍有以下問題：飛行過程中抗擾動能力較差、重載情況下靈活性降低、降落時安全系數不夠高等問題，進而影響到了無人機的工作效率。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種傾轉旋翼重載物流無人機控制方法及系統，能夠實現物流無人機有擾動條件下的穩定飛行，滿足物流無人機平穩運載貨物的嚴格要求。

本發明所采用的技術方案是：一種傾轉旋翼重載物流無人機控制方法，包括以下步驟：

考慮無人機系統飛行過程的不確定因素干擾，構建姿態動力學模型；

根據姿態動力學模型構建無人機系統的姿態控制狀態方程；

根據無人機系統的姿態控制狀態方程建立擴張狀態觀測器并引入至串級PID控制器，得到擾動補償姿態控制器。

進一步，還包括傾轉旋翼控制步驟：

基于磁力計獲取當前偏航軸的角速度并與目標角速度相減，得到角速度差；

將角速度差輸入角速度PID控制器，計算得到旋翼轉速和旋翼傾轉角度的控制量。

進一步，還包括著陸控制步驟：

根據深度攝像頭和超聲波傳感器采集數據并生成降落區域地形信息；

根據降落區域地形信息作出控制補償，平穩降落。

進一步，還包括彈力腳架控制步驟：

根據慣性測量數據、動力輸出數據和電池電壓信息估計無人機飛行時的負載情況；

獲取著陸加速度數據；

根據負載情況和著陸加速度數據，結合回歸預測調節腳架裝置上的彈簧彈力大小。

進一步，所述姿態動力學模型的公式表示如下：

上式中，Φ₂表示的是無人機在機體坐標系B下的角速度向量，J為轉動慣量矩陣，τ表示不確定性干擾，Γ表示旋翼轉動產生的扭距。

進一步，所述擴張狀態觀測器公式表示如下：

上式中，分別代表擴張狀態觀測器估計出的角度、角速度及總擾動量，β₁、β₂、β₃為預設的觀測器參數，使觀測器估計值跟上真實值，e表示估計角度與角度真實值的差值，x₁表示無人機系統角度的真實值，a₁、a₂表示非線性因子，h表示步長，b表示系統輸入的系數，u表示系統輸入，fal表示fal函數。