[发明专利]四旋翼飞行器对角动力损失状态下的失控保护控制算法

说明书

本发明公开了一种四旋翼飞行器对角动力损失状态下的失控保护控制算法，其步骤为：S1、假设四旋翼飞行器1、3号电机失去动力，则放弃偏航和俯仰角度的控制；S2、基于τ_θ＝0及俯仰角和横滚角对四旋翼飞行器平稳飞行有着至关重要的作用；选取F_r，F′_input＝G′F_r,求解；S3、确定在2个对角电机损坏后，四旋翼飞行器的数学模型；S4、令期望姿态为φ_d和θ_d，期望的位置为x_d、y_d和z_d；S5、建立误差系统。

技术领域

本发明涉及四旋翼飞行器技术领域，具体地说涉及一种四旋翼飞行器对角动力损失状态下的失控保护控制算法。

背景技术

四旋翼飞行器(Quadrotor)是一种空中无人飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)，其拥有4个电机，相邻电机旋转方向相反，相对电机旋转方向相同，通过改变电机的转速可以实现横滚、俯仰、偏航和垂直向上等控制效果。一架四旋翼飞行器通常包括机架、4个无刷直流电机、2对螺旋桨、飞行控制板、电子调速器、动力电池及GPS等部件，飞行控制板包含高性能微处理器、传感器及电源管理等模块，常用传感器有三轴加速度计、磁力计、陀螺仪和气压计等。由此可见，四旋翼飞行器具备机械结构简单、易于设计和便于携带等优点。得益于四旋翼飞行器的设计特点，它能够在复杂环境下实现垂直起降、空中悬停、高机动性飞行等动作。此外，四旋翼飞行器还是一个很好的空中平台，例如:搭载摄像头进行航拍，短距离空中运输或者在装备机械臂后，执行攀附墙面和抓取重物等任务。

随着社会的发展和经济的提升，目前四旋翼飞行器的发展速度日新月异，正以爆炸式的速度前进。随着四旋翼飞行器数量的增多，相应的由四旋翼飞行器的飞行故障产生的问题越来越多，其中频率最高的是飞行器对角动力损失等故障，导致飞行器对角动力损失的原因有很多，例如：螺旋桨、电机或是电子调速器损坏等。在螺旋桨损坏状态下，飞行器对角动力损失，四旋翼飞行器可能会出现飞行故障甚至坠落，因此，如何在对角动力损失下控制四旋翼飞行器的飞行成为业内急需考虑的问题。

发明内容

本发明的目的就在于克服上述现有技术的不足，提供一种四旋翼飞行器对角动力损失状态下的失控保护控制算法，解决在螺旋桨损坏或其它故障导致的飞行器对角动力损失状态下，控制四旋翼飞行器的平衡飞行问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种四旋翼飞行器对角动力损失状态下的失控保护控制算法，该四旋翼飞行器失控保护控制算法的步骤为：

S1、如果四旋翼飞行器对称的两个螺旋桨损坏，则对角动力损失；假设四旋翼飞行器1、3号电机失去动力，则升力F₁＝F₃＝0；

其中，F表示单个电机配合螺旋桨产生的升力，F₁和F₃分别表示1、3号电机产生的升力。

则模型控制量与电机升力之间的关系式为：

F_input＝GF_r, (0.15)

其中：

其中，螺旋桨升力系数为c_T，螺旋桨转矩系数为c_Q；l为电机到飞行器质心的距离；

因为rank(G:F_input)＝3＞rank(G)＝2，等式无解

为了能够使方程有解，放弃偏航和俯仰角度的控制；

S2、基于τ_θ＝0及俯仰角和横滚角对四旋翼飞行器平稳飞行有着至关重要的作用；选取下式求解F_r