[发明专利]基于观测器的多无人机协同运输系统控制方法

权利要求书

1.基于观测器的多无人机协同运输系统控制方法，其特征在于，包括：

确定构成多无人机协同运输系统的多无人机的编队队形参数；

构建无约束下的单无人机动力学方程；

根据所述多无人机的编队队形参数和所述无约束下的单无人机动力学方程，并基于Udwaida-Kalaba理论构建绳系约束下的所述多无人机的动力学方程；

根据所述多无人机的动力学方程，构建状态观测器和状态扩张观测器；

根据所述状态观测器和所述状态扩张观测器获取目标单无人机的外环控制参数；

根据所述目标单无人机的外环控制参数，并基于快速终端滑模控制方法对所述目标单无人机进行内环控制。

2.根据权利要求1所述的多无人机协同运输系统控制方法，其特征在于，所述多无人机的编队队形参数包括编队偏差矩阵、无人机的起始位置矩阵、无人机的目标位置矩阵、负载的起始位置和负载的目标位置。

3.根据权利要求2所述的多无人机协同运输系统控制方法，其特征在于，所述编队偏差矩阵的表达式为：

ΔX＝[ΔX₁，ΔX₂，...，ΔX_i]^T

上式中，ΔX_i为第i个无人机的偏差向量，T表示转置；

所述无人机的起始位置矩阵的表达式为：

X₀＝[X₀₁，X₀₂，...，X_0i]^T

上式中，X_0i为第i个无人机的起始位置，X₀＝X_l0+ΔX，X_l0为所述负载的起始位置；

所述无人机的目标位置矩阵的表达式为：

X_d＝[X_d1，X_d2，...，X_di]^T

上式中，X_di为第i个无人机的目标位置，X_d＝X_ld+ΔX，X_ld为所述负载的目标位置。

4.根据权利要求3所述的多无人机协同运输系统控制方法，其特征在于，所述无约束下的单无人机动力学方程的表达式为：

上式中，x、y和z分别为无人机在世界坐标系下的x轴坐标值、y轴坐标值和z轴坐标值，φ、θ和ψ分别为无人机的滚转角、俯仰角和偏航角，u₁、u₂、u₃和u₄分别为无人机四个通道的控制输入，m为无人机的质量，d_fx、d_fy和d_fz分别为无人机在x方向、y方向和z方向上受到的干扰力，I_x、I_y和I_z分别为无人机在x方向、y方向和z方向上的转动惯量，J_r为无人机桨叶的转动惯量，l为无人机桨叶到无人机质心的距离，d_φ、d_θ和d_ψ分别为无人机在φ方向、θ方向和ψ方向上受到的干扰力矩的作用，Ω＝Ω₁-Ω₂+Ω₃-Ω₄，Ω₁、Ω₂、Ω₃和Ω₄分别为无人机四个桨叶的转动速度，g为重力加速度。