[发明专利]一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法

说明书

本公开提出了一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法，包括：获取具有双摆摆动效应的飞行吊运系统的实际状态的测量值；将所述测量值输入预设的非线性控制器内，对所述具有双摆摆动效应的飞行吊运系统进行控制；其中，所述非线性控制器基于储能函数构造，所述非线性控制器被配置为以无人机定位和负载及挂钩的摆动消除为控制目标；本公开在二级摆飞行吊运系统的系统能量基础上，添加无人机与吊钩/负载的信息，构造出一个新的储能函数，由此设计非线性控制器来实现精确定位和有效抑制负载及吊钩摆动的目标。

技术领域

本公开属于非线性欠驱动机电系统自动控制技术领域，尤其涉及一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

近年来，四旋翼飞行器以其在灵活性和机动性方面的显著优势，广泛应用于环境检查、灾害救援、测绘、运送等领域。在这些应用中，悬索载荷运输工作是一种特殊的工作，因为它具有“双重欠驱动”的特点。经典欠驱动系统的独立控制输入比其自由度少，同时四旋翼的欠驱动特性和非直接可控悬挂载荷使系统呈现了“双重欠驱动”特性。因此，实现四旋翼飞行器精确定位和有效载荷摆振抑制一直是一项具有挑战性的工作。

目前，为了实现飞行吊运这一目标已经进行了多项研究。Palunko等人在利用欧拉算法获取了系统的离散时间分段线性化模型后，基于动态规划的方法构造了飞行器的轨迹，该算法表现出了较好的消摆性能。Nicotra等人在对简化后的平面内旋翼飞行器吊运系统进行建模后，基于ISS理论设计了嵌套饱和控制器，确保了飞行器定位和负载消摆两个目标。为实现负载的主动消摆，Bisgaard等人针对线性化后的系统模型，提出了一种采用延迟反馈控制跟踪期望轨迹的方法。

然而，现有的大多数工作都是基于简单的单摆模型，这意味着忽略了吊钩的运动。在实际的飞行吊运系统中，吊钩绕悬挂点的旋转和有效载荷绕吊钩的旋转同时存在、共同作用，产生了双摆摆动效应，这种双摆摆动效应导致了飞行吊运货物不能被精准的停放到目标位置，并且，在吊钩绕悬挂点的旋转和有效载荷绕吊钩的旋转同时存在和作用下，极易出现吊运过程中负载摆动过大造成事故的问题。

发明内容

本公开为了解决上述问题，提出了一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法；本公开在二级摆飞行吊运系统的系统能量基础上，添加无人机与吊钩/负载的信息，构造出一个新的储能函数，由此设计非线性控制器来实现精确定位和有效抑制负载及吊钩摆动的目标；本公开设计了相关硬件结构，并通过实验对控制策略的性能进行验证，对进一步发展和完善飞行吊运系统的自动控制研究具有重要的意义。

为了实现上述目的，本公开的技术方案为一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法，本公开采用如下技术方案：

一种具有双摆摆动效应的飞行吊运系统控制方法，包括：

获取具有双摆摆动效应的飞行吊运系统的实际状态的测量值；

将所述测量值输入预设的非线性控制器内，对所述具有双摆摆动效应的飞行吊运系统进行控制；

其中，所述非线性控制器基于储能函数构造，所述非线性控制器被配置为以无人机定位和负载及挂钩的摆动消除为控制目标。

进一步的，构建具有双摆摆动效应的飞行吊运系统的动力学模型，融合无人机运动和所述动力学模型的二级摆摆动动力学信息，构造所述储能函数。

进一步的，所述动力学模型为利用拉格朗日方程建立的二级摆非线性系统三维模型。

进一步的，结合具有双摆摆动效应的飞行吊运系统实际状态的测量值和非线性控制器形式，确定非线性控制器的输入信号。

进一步的，所述控制目标包括无人机运动至指定位置以及抑制挂钩和负载的摆动。