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申请/专利权人：北京航空航天大学杭州创新研究院

摘要：本发明提供一种基于全状态耦合动力学的飞行机械臂抗干扰控制方法，以解决机械臂快速移动给无人机基座带来的动力学耦合干扰影响，可显著提升飞行机械臂的控制精度。首先根据齐次变换原理构建飞行机械臂执行器末端位姿在惯性坐标系下的运动学方程，然后利用动量守恒原理构建飞行机械臂全状态的耦合动力学模型，其次设计鲁棒微分器获得飞行机械臂的全状态信息，并分别针对无人机平台位置环和姿态环耦合动力学的估计误差设计相应的残差观测器，最后根据级联控制原理建立无人机平台的位置环抗干扰控制器和姿态环抗干扰控制器以完成飞行机械臂系统在动力学强耦合干扰下的高精度运动控制。本发明能够显著改善飞行机械臂在动态强耦合干扰下的控制精度。

主权项：1.一种基于全状态耦合动力学的飞行机械臂抗干扰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、根据齐次变换原理构建飞行机械臂执行器末端位姿在惯性坐标系下的运动学方程;第二步、利用动量守恒原理构建飞行机械臂全状态的耦合动力学模型；第三步，设计微分器获得飞行机械臂的全状态信息；第四步、分别针对无人机平台位置环和姿态环耦合干扰的估计误差设计相应的耦合干扰力和耦合干扰力矩残差观测器；第五步、根据级联控制原理并结合构建的耦合干扰力残差观测器建立无人机平台的位置环抗干扰控制器；第六步、结合构建的耦合干扰力矩残差观测器建立姿态环抗干扰控制器以完成飞行机械臂系统在动力学强耦合干扰下的高精度运动控制；所述第一步具体如下：针对飞行机械臂的运动特点，根据齐次变换原理建立飞行机械臂执行器末端位姿的运动学模型，表示如下：式中，表示飞行机械臂执行器末端在世界系下的位置，是飞行机械臂执行器末端在世界系下的旋转矩阵；表示无人机基座质心在世界系下的位置，是无人机质心在世界系下的旋转矩阵；表示机械臂执行器末端在无人机坐标系下的位置，表示机械臂执行器末端在无人机坐标系下的旋转矩阵；所述第二步具体如下：根据牛顿第二定律，考虑耦合效应的空中平台动力学表示为：式中，表示无人机平台质心在世界系下的速度；为无人机平台的运动角速度；为飞行机械臂的质量；为当地的重力加速度；为单位向量；为无人机平台的升力在惯性系下的投影向量；为无人机平台的升力；为机械臂运动造成的耦合干扰力；为无人机平台的转动惯量；为无人机平台的力矩；为机械臂运动造成的耦合干扰力矩；为执行叉乘操作的反对称矩阵算子；机械臂快速运动造成的动态耦合效应由两部分组成:机械臂相对于无人机平台的运动和无人机平台自身的运动，表示如下：式中，，和分别表示机械臂质心在无人机本体坐标系下的位置,速度和加速度；和分别表示机械臂相对于无人机本体坐标系的惯性张量及其微分；和分别表示机械臂相对于无人机本体坐标系的角动量及其微分；表示无人机平台的运动角加速度；表示机械臂的质量。

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