[发明专利]自适应容错无人机跟踪巡航系统及方法

说明书

本发明提供自适应容错无人机跟踪巡航系统及方法，包括无人机飞行参数采集模块、自适应对准计算模块、预警避障控制模块和无线供电模块；自适应对准计算模块包括上层控制模块和底层控制模块，底层控制模块包括位置控制模块、拉力与姿态分配模块、姿态控制模块和油门控制模块，拉力与姿态分配模块控制位置控制模块、姿态控制模块和油门控制模块实现以最小的倾斜角和动力达到所期望的巡航路线上。本发明能够实时监测无人机在飞行过程中的三维姿态速度、位置坐标和三维受力情况，并采用随机森林方法优化迭代，避免在计算过程中产生偏差，并通过预警避障控制模块进行主动容错控制，保证能够实时纠正无人机偏离航线，使其在预定目标巡航路线内进行巡航。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及自适应容错无人机跟踪巡航系统及方法。

背景技术

随着无人机技术的发展，无人机越来越多地用于执行于空中巡航的任务。同时，无人机的任务环境也越来越复杂，所以无人机依靠传统的手动航迹规划的方法是费时费力且难以满足任务需求。四旋翼无人机是通过机载传感器实时采集外部信息并上传自身状态，通过自主或人工遥控方式完成工作任务的机器人系统。相比传统轮式无人系统，四旋翼无人机可垂直起降，定点悬停，在不同地形地貌地区搭载不同作业工具，在灾难搜救、生活服务等领域应用前景广阔。

现有技术中，如中国专利申请202010801338.2公开的一种基于深度学习技术的无人机巡航及追踪系统及方法，其主要的技术方案为采用图像实时采集模块监测是否有危险物品、危险行为和危险人员进入无人机所实时监测的领域内，通过视频采集模块、人员追踪模块、激光测距模块、飞行控制模块等保证无人机的自动追踪飞行、且使危险人员位于画面的正中心，同时地面指挥站还可向无人机发送控制指令(停止追踪、切换追踪目标等)，其控制方式更为灵活，进一步提升追踪效率。但是无人机在监测过程中，可能会偏离预定所要实时监测的目标区域，导致实时监测结果漏掉或者发现不了危险物品、危险行为和危险人员的进入等情况。因此，急需一种能够实时纠正无人机偏离航线，使其在预定目标巡航路线内进行巡航的控制系统及方法。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种能够实时监测无人机在飞行过程中的三维姿态速度、位置坐标和三维受力情况，并采用随机森林优化算法不断迭代，避免在计算过程中获得的t+Δt时刻的无人机的俯仰角速度航向角速度和横滚角速度产生偏差的现象发生，并通过预警避障控制模块采用Takagi-Sugeno模型处理所述系统的非线性，进行主动容错控制，保证能够实时纠正无人机偏离航线，使其在预定目标巡航路线内进行巡航的自适应容错无人机跟踪巡航系统及方法。

本发明提供如下技术方案：自适应容错无人机跟踪巡航系统，所述系统用于实时监测无人机飞行路线，对其进行自容错预警与飞行控制，其特征在于，包括无人机飞行参数采集模块、自适应对准计算模块、预警避障控制模块和无线供电模块；所述自适应对准计算模块包括上层控制模块和底层控制模块，所述底层控制模块包括位置控制模块、拉力与姿态分配模块、姿态控制模块和油门控制模块，拉力与姿态分配模块控制所述位置控制模块、姿态控制模块和油门控制模块用于实现以最小的倾斜角和动力达到所期望的巡航路线上；

所述无人机飞行参数采集模块采集t时刻的无人机有关姿态的参数：无人机俯仰角速度航向角速度横滚角速度俯仰角加速度航向角加速度横滚角加速度以及t时刻无人机被控制的力学参数：油门给予无人机的在x轴方向的第一动力力矩A(t)、y轴方向的第二动力力矩B(t)、与地球北极平行的z轴方向的第三动力力矩C(t)以及受到的阻力力矩M(t)；

所述上层控制模块采用随机森林算法训练并优化所述无人机飞行参数采集模块采集到的数据，用于航线规划、任务规划和路径规划；

所述无线供电模块，用于为无人机跟踪巡航无线供电。

进一步地，所述预警避障控制模块采用Takagi-Sugeno模型处理所述系统的非线性，进行主动容错控制。

进一步地，所述姿态控制器为滑模控制器。