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针对多型号双旋翼无人机的定点悬停镇定方法及设备 

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申请/专利权人:天津万森科技发展有限公司

摘要:本发明提供了一种针对多型号双旋翼无人机的定点悬停镇定方法及设备。所述方法包括:在任一竖直运动平面内构建第一运动及动力学模型并确定型号约束条件;对第一运动及动力学模型进行变量替换得到第二飞控模型,向第二飞控模型中的第一子模型加载第一分控制器并整定控制系数;对第二飞控模型中的第二子模型进行坐标变换得到第二变换子模型,向第二变换子模型加载第二分控制器并整定控制系数;将预定型号的双旋翼无人机悬停镇定在预定点位。本发明可以将预定型号范围内的多种型号的双旋翼无人机悬停镇定在预定点位,提高了双旋翼无人机悬停镇定的鲁棒性,确保了采用双旋翼无人机进行相关作业的工程进度不被延误。

主权项:1.一种针对多型号双旋翼无人机的定点悬停镇定方法,其特征在于,包括:在任一竖直运动平面内构建双旋翼无人机关于旋翼半径、旋翼臂长度、机身质量及运动惯量的第一运动及动力学模型,并确定第一运动及动力学模型的型号约束条件;对第一运动及动力学模型进行变量替换得到第二飞控模型,向第二飞控模型中的第一子模型加载第一分控制器,并整定第一分控制器的控制系数;对第二飞控模型中的第二子模型进行坐标变换得到第二变换子模型,向第二变换子模型加载第二分控制器,并整定第二分控制器的控制系数;启动控制系数整定后的第一分控制器和第二分控制器共同控制所述第一运动及动力学模型,将预定型号的双旋翼无人机悬停镇定在预定点位;所述在任一竖直运动平面内构建双旋翼无人机关于旋翼半径、旋翼臂长度、机身质量及运动惯量的第一运动及动力学模型,并确定第一运动及动力学模型的型号约束条件,包括: Rmin≤R≤Rmax,Dmin≤D≤Dmax,mmin≤m≤mmax,Jmin≤J≤Jmax,其中,x为任一竖直运动平面内双旋翼无人机的横坐标;y为任一竖直运动平面内双旋翼无人机的纵坐标;v为双旋翼无人机在任一竖直运动平面内的运动速度;θ为任一竖直运动平面内双旋翼无人机运动速度方向与横坐标轴的夹角;w为所述夹角相对时长的变化量;m为双旋翼无人机质量;T1为作用在一个旋翼上的力矩;T2为作用在另一个旋翼上的力矩;R为旋翼半径;J为双旋翼无人机运动惯量;D为旋翼臂长度;Rmin为旋翼半径最小值;Rmax为旋翼半径最大值;Dmin为旋翼臂长度最小值;Dmax为旋翼臂长度最大值;mmin为双旋翼无人机质量最小值;mmax为双旋翼无人机质量最大值;Jmin为双旋翼无人运动机惯量最小值;Jmax为双旋翼无人机运动惯量最大值;·为对时长求导数;所述对第一运动及动力学模型进行变量替换得到第二飞控模型,包括:第一子模型:第二子模型:变量替换:其中,b1为第一替换变量;b2为第二替换变量;b3为第三替换变量;b4为第四替换变量;b5为第五替换变量;ctr1为第一分控制器;ctr2为第二分控制器;所述向第二飞控模型中的第一子模型加载第一分控制器,包括:ctr1=-τ1b1-τ4b4-βt 其中,τ1为第一控制系数;τ4为第四控制系数;βt为指数收敛项;β0为收敛系数;e为自然指数;λ0为特征值配置标准系数,且λ0<0;t为时长;||·||为求向量范数符号;B2为第一中间向量;所述并整定第一分控制器的控制系数,包括:若存在第一控制系数τ1及第四控制系数τ4,使得第一子模型的系数矩阵的特征值λ1和λ2满足λ0>λ1>λ2,则确定第一分控制器是使第一子模型收敛的,且第一分控制器的控制系数是可整定的;所述对第二飞控模型中的第二子模型进行坐标变换得到第二变换子模型,向第二变换子模型加载第二分控制器,包括: 其中,G2为坐标变换量;A2为第二变换子模型的第一子系数矩阵;C为第二变换子模型的子系数向量;A20t为第二变换子模型的第二子系数矩阵;diag为对角矩阵符号;τ2为第二控制系数;τ3为第三控制系数;τ5为第五控制系数;所述并整定第二分控制器的控制系数,包括:若存在第二控制系数τ2、第三控制系数τ3及第五控制系数τ5,使得A2-Cη所有特征值的实部均小于λ0,则确定第一分控制器及第二分控制器是共同使第二子模型收敛的,且第二分控制器的控制系数是可整定的。

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