[发明专利]一种面向空地两用机器人的平滑切换控制方法

权利要求书

1.一种面向空地两用机器人的平滑切换控制方法，其特征在于，包括：

建立空地模态的运动学和动力学方程；

基于所述运动学和动力学方程构建空地两用机器人的系统模型；

基于所述系统模型建立用于表述空地两用机器人控制问题的数学表达式，其中，所述数学表达式包括未考虑系统状态受限情况的第一数学表达式和考虑系统状态受限情况的第二数学表达式；

针对所述第一数学表达式设计使得系统稳定的第一控制器，对所述第一控制器进行求解并得到第一控制器增益，并对所述第一控制器增益进行稳定性证明；

针对所述第二数学表达式设计在系统状态受限情况下使得系统稳定的第二控制器，对所述第二控制器进行求解并得到第二控制器增益，并对所述第二控制器增益进行稳定性证明；

通过求解后的所述第一控制器或所述第二控制器对空地两用机器人进行平滑切换控制。

2.如权利要求1所述的平滑切换控制方法，其特征在于，所述建立空地模态的运动学和动力学方程包括：

定义空地两用机器人的坐标系E、惯性坐标系I和机体坐标系B；

推导所述坐标系E、所述惯性坐标系I和所述机体坐标系B之间的转换关系；

根据所述转换关系，建立空地模态的运动学和动力学方程，其中，所述运动学和动力学方程包括空中模态的运动学和动力学方程以及地面模态的运动学和动力学方程。

3.如权利要求2所述的平滑切换控制方法，其特征在于，所述基于所述运动学和动力学方程构建空地两用机器人的系统模型包括：

联立所述空中模态的运动学和动力学方程以及所述地面模态的运动学和动力学方程，基于广义系统模型建立空地模态一致的广义状态空间表达式，进而确定所述系统模型；

所述系统模型具体为：

其中，为系统切换信号，每个子系统对应一个工作点(x_σ，u_σ)和一种空地模态，系统姿态环状态变量x_a＝[φ θ ψ p q r]^T，φ、θ、ψ分别为空地两用机器人的滚转角、俯仰角与偏航角，p、q、r为定义在机体坐标系中的角速度，输入变量u_a＝[u_φu_θ u_ψ]^T为旋翼提供的输入力矩，E_a，σ、A_a，σ、B_a，σ为系统矩阵。

4.如权利要求3所述的平滑切换控制方法，其特征在于，所述基于所述系统模型建立用于表述空地两用机器人控制问题的数学表达式包括：

对所述系统模型进行矩阵变换得到一般切换系统模型，基于所述一般切换系统模型建立用于表述空地两用机器人控制问题的数学表达式；

其中，对于所述系统模型，若rank(E_σ)＝rank(E_σ，B_σ)＝r_σ≤n成立，存在非奇异矩阵M_σ，N_σ，使得：

则基于所述非奇异矩阵M_σ，N_σ对系统矩阵A_σ和状态变量x进行矩阵变换，得到所述一般切换系统模型如下：

同时，由于切换前后子系统的等式约束不同，广义系统模型可能存在状态跳变，对于切换时刻t，假设σ(t⁺)＝i，σ(t^-)＝j，有：

5.如权利要求4所述的平滑切换控制方法，其特征在于，所述基于所述一般切换系统模型建立用于表述空地两用机器人控制问题的数学表达式包括：

基于所述一般切换系统建立所述第一数学表达式如下：