[发明专利]一种倾转旋翼重载物流无人机控制系统

说明书

本发明公开了一种倾转旋翼重载物流无人机控制方法及系统，该方法包括：考虑无人机系统飞行过程的不确定因素干扰，构建姿态动力学模型；根据姿态动力学模型构建无人机系统的姿态控制状态方程；根据无人机系统的姿态控制状态方程建立扩张状态观测器并引入至串级PID控制器，得到扰动补偿姿态控制器。该系统包括：控制系统和机体结构。能够实现物流无人机有扰动条件下的稳定飞行，满足物流无人机平稳运载货物的严格要求。本发明作为一种倾转旋翼重载物流无人机控制方法及系统，可广泛应用于无人机控制。

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，尤其涉及一种倾转旋翼重载物流无人机控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着多旋翼无人机技术的逐渐成熟，其在行业应用上的推广也逐渐扩大。在物流配送行业中，许多公司已经开始研发相应的物流无人机用于快递、文档或外卖等的配送。现有物流无人机多采用传统多旋翼无人机结构设计或VTOL结构设计，目前的控制设计仍有以下问题：飞行过程中抗扰动能力较差、重载情况下灵活性降低、降落时安全系数不够高等问题，进而影响到了无人机的工作效率。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种倾转旋翼重载物流无人机控制方法及系统，能够实现物流无人机有扰动条件下的稳定飞行，满足物流无人机平稳运载货物的严格要求。

本发明所采用的技术方案是：一种倾转旋翼重载物流无人机控制方法，包括以下步骤：

考虑无人机系统飞行过程的不确定因素干扰，构建姿态动力学模型；

根据姿态动力学模型构建无人机系统的姿态控制状态方程；

根据无人机系统的姿态控制状态方程建立扩张状态观测器并引入至串级PID控制器，得到扰动补偿姿态控制器。

进一步，还包括倾转旋翼控制步骤：

基于磁力计获取当前偏航轴的角速度并与目标角速度相减，得到角速度差；

将角速度差输入角速度PID控制器，计算得到旋翼转速和旋翼倾转角度的控制量。

进一步，还包括着陆控制步骤：

根据深度摄像头和超声波传感器采集数据并生成降落区域地形信息；

根据降落区域地形信息作出控制补偿，平稳降落。

进一步，还包括弹力脚架控制步骤：

根据惯性测量数据、动力输出数据和电池电压信息估计无人机飞行时的负载情况；

获取着陆加速度数据；

根据负载情况和着陆加速度数据，结合回归预测调节脚架装置上的弹簧弹力大小。

进一步，所述姿态动力学模型的公式表示如下：

上式中，Φ₂表示的是无人机在机体坐标系B下的角速度向量，J为转动惯量矩阵，τ表示不确定性干扰，Γ表示旋翼转动产生的扭距。

进一步，所述扩张状态观测器公式表示如下：

上式中，分别代表扩张状态观测器估计出的角度、角速度及总扰动量，β₁、β₂、β₃为预设的观测器参数，使观测器估计值跟上真实值，e表示估计角度与角度真实值的差值，x₁表示无人机系统角度的真实值，a₁、a₂表示非线性因子，h表示步长，b表示系统输入的系数，u表示系统输入，fal表示fal函数。