[發明專利]四旋翼無人機懸掛負載運輸控制方法

有效

• 申請號: 202210677612.9
• 申請日: 2022-06-16
• 公開（公告）號: CN114779649B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 嚴兵;程鵬;蔡晨曉;楊哲;孟高舉;張勇;姚娟;鄒云;王鶴翔;楊軼;趙麗媛;邱俊評;馬沖;宋連港;梁巧云;曾雪雪
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京佰騰智信知識產權代理事務所(普通合伙) 32509
• 代理人: 胡麗華

1.四旋翼無人機懸掛負載運輸控制方法，其特征在于：控制方法包括如下步驟：

S1、在無人機底部安裝雙目相機組成四旋翼無人機懸掛負載運輸系統，通過雙目相機測量繩索與慣性坐標系重力方向之間的夾角；

S2、建立四旋翼無人機懸掛負載運輸系統平面模型的動力學模型；

S3、根據Lyapunov穩定性定理，建立狀態誤差子系統，狀態誤差子系統包括實際位置與期望位置的誤差和實際負載擺角與期望擺角的誤差；

S4、根據無人機的位置誤差和負載擺動抑制選擇合適的Lyapunov函數，以設計無人機位置控制器，針對負載質量不確定的情況，在無人機位置控制器中加入了自適應控制部分；

S5、根據Lyapunov穩定性定理證明無人機位置控制器的穩定性，從而使得無人機的實際位置最終收斂到期望位置；

控制方法還包括，根據四旋翼無人機欠驅動特性，對四旋翼無人機的位置控制采用外環控制，由以下公式計算四旋翼無人機的期望姿態橫滾角以及期望總升力：

（1）

（2）

其中，u_y(t)為無人機的位置外環控制關于慣性坐標系yⁱ軸方向的控制輸入，u_z(t)為與u_y(t)相對應的慣性坐標系zⁱ軸方向的控制輸入，?_d(t)為根據位置外環控制所計算得到的期望姿態橫滾角，f_d(t)為根據位置外環控制所計算得到的期望總升力；

步驟S4中，無人機位置控制器的控制輸入u_y(t)，u_z(t)如下：

（9）

式中， 為控制增益系數，k_py為y軸的控制增益系數，k_pz為z軸的控制增益系數，是ω的在線估計值，ω=(m_q+m_p)g表示四旋翼無人機與負載的總重力，；

在無人機位置控制器中加入的自適應控制部分為：

（10）

（11）

其中：是正實數參數，均為權重系數，ρ(s)是一個微分飽和函數；

步驟S4的Lyapunov候選函數V(t)：

（12）

式（12）中ρ_e(e(t)/2)定義如下：

（13）

其中：是ω的在線估計誤差，。