[发明专利]基于部分反馈线性化四旋翼无人机吊挂飞行控制方法

说明书

本发明涉及一种四旋翼无人机负载飞行的控制方法，为提出一种基于部分反馈线性化方法的非线性控制器，实现四旋翼无人机轨迹跟踪的同时较好地抑制吊挂负载在飞行中的摆动。本发明采用的技术方案是，基于部分反馈线性化四旋翼无人机吊挂飞行控制方法，在设置有用于吊载物品的吊绳的无人机上实现，步骤是，建立非线性动力学模型，运用部分反馈线性化方法对四旋翼无人机吊挂飞行过程的非线性动力学模型进行部分线性化，进而设计控制器实现无人机控制。本发明主要应用于四旋翼无人机负载飞行的控制场合。

技术领域

本发明涉及一种四旋翼无人机负载飞行的控制方法，特别是涉及四旋翼无人机以吊挂方式负载物体飞行的控制方法。

背景技术

四旋翼无人机是一种多旋翼结构的飞行器。由于四旋翼无人机便利、廉价、机动性能强的优势，近年来四旋翼无人机吊挂飞行系统越来越受到人们的关注。

目前国内研究人员的相关研究工作多为针对全尺寸直升机吊挂飞行中，面向飞行员的操作控制性性能问题，以及针对吊挂绳索和吊挂载荷的空气动力学特性分析问题(期刊：南京航空航天大学学报；著者：齐万涛，陈仁良；出版年月：2011年；文章题目：直升机吊挂飞行稳定性和操纵性分析；页码：406-412)。而对微、小型多旋翼无人机的吊挂飞行问题涉及相对较少。

国外研究人员针对无人机直升机吊挂飞行的问题提出了一些不同的控制方法。G.Wu等人(期刊：IEEE Access；著者：G.Wu,K.Sreenath；出版年月：2015年；文章题目：Variation-Based Linearization of Nonlinear Systems Evolving on SO(3)and S2；页码：1592–1604)提出一种针对SO(3)系统的时变线性化方法，运用该方法对四旋翼无人机吊挂系统进行了线性化分析，并以此设计了LQR(linear quadratic regulator)控制器实现了对该系统的稳定控制。

另一些研究团队针对四旋翼无人机吊挂飞行系统的轨迹跟踪问题进行了研究。S.Notter等人(期刊：IFAC Papers On Line；著者：S.Notter,A.Heckmann,A.Mcfadyen,F.Gonzalez；出版年月：2016年；文章题目：Modelling,Simulation and Flight Test of aModel Predictive Controlled Multirotor with Heavy Slung Load；页码：182–187)运用模型预测控制(MPC，Model Predictive Control)方法实现了针对多旋翼吊挂飞行的稳定控制和精确定位。K.Sreenath等人(会议：In Proceedings of 2013IEEE InternationalConference on Robotics and Automation；著者：K.Sreenath,N.Michael,and V.Kumar；出版年月：2013年；文章题目：Trajectory Generation and Control of a Quadrotorwith a Cable-Suspended Load–A Differentially-Flat Hybrid System；页码：4888-4895)利用微分平坦方法针对四旋翼吊挂飞行系统设计了非线性控制策略，实现了四旋翼稳定的飞行与吊挂减摆的控制效果。