买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

摘要：本发明提供一种针对场景理解的在线升力补偿方法，以解决无人机在大机动飞行或长时间飞行场景下电池电压降低导致的升力不足以及轨迹飞行精度降低的问题。首先针对电池电压降低对无人机位姿控制所产生的影响进行理论分析；然后在此基础上，结合无人机的基本动力学模型构建考虑电池电压降低影响的无人机动力学模型。其次在无人机控制方面，利用干扰观测器、PID控制相关理念与经验，设计与无人机姿态相解耦的电压降低干扰观测器且合理地选取观测器的参数。该干扰观测器可实现旋翼无人机对大机动飞行或长时间飞行场景的理解，实现电压降低干扰影响的实时在线估计，在此基础上设计针对电池电压降低的抗干扰控制律。

主权项：1.一种针对场景理解的在线升力补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：第一步，理论层面分析电池电压降低对无人机位姿控制的影响；第二步，构建考虑电池电压降低影响的无人机动力学模型；第三步，根据霍普夫纤维化方法生成无人机能够实现的平滑姿态控制信号；第四步，根据建立的无人机动力学模型设计位置环电压降低干扰观测器；第五步，基于观测出的干扰值设计位置环控制律抑制扰动；所述第二步包括：已知旋翼无人机动力学方程为： ，其中，为机体坐标系，分别表示机体坐标系的轴，为地理坐标系，分别表示地理坐标系的轴；表示无人机的加速度，上标表示该变量为地理坐标系中的物理量，表示机体坐标系坐标转换成地理坐标系坐标所对应的旋转矩阵，表示无人机总升力，表示无人机所有电机产生的推力，上标表示该变量为机体坐标系中的物理量表示无人机所受到的重力，表示无人机的质量，表示重力加速度，表示无人机的转动惯量，表示无人机的旋转角速度，上标表示一阶导数，表示的一阶导数，表示无人机的控制力矩；上标符号表示向量或矩阵的转置；具体表示为： ，其中，分别表示无人机的滚转角速度、俯仰角速度和偏航角速度；由此，得到考虑电池电压降低影响的无人机动力学模型： ，其中，表示无人机在地理坐标系下的加速度，表示旋翼无人机升力损失矢量；所述第三步包括：利用霍普夫纤维化方法生成无人机能够实现的平滑姿态控制信号；已知所需辅助变量及，其中定义如下： ，得到及其一阶导数为： ， ；由此得到旋翼无人机期望的角速度信号为： ，其中，，表示，，表示无人机的偏航角；为获得期望姿态角信息，借助辅助变量，计算四元数，进而获得旋转矩阵，辅助变量表达式及其与四元数的关系如下： ， ， ；四元数与旋转矩阵转换的数学细节如下： ，由旋转矩阵元素结构得： ；由于actan函数值域范围限制，使用atan2函数代替atan作为求解反正切值的函数： ；至此，得到了旋翼无人机姿态环控制期望信号；所述第四步包括：构建与旋翼无人机姿态信息相解耦合的升力损失模型，如下： ，其中，表示无人机升力损失值，认为其由电池电压降低以及其他因素共同导致，别表示无人机的滚转角、俯仰角和偏航角；首先进行电压降低观测器的设计，通过借助辅助变量，可设计观测器增益矩阵，即生成以为对角线元素的3×3方阵，最终得到观测器结构： ，其中，表示无人机在地理坐标系下的速度，，表示观测器所输出的的观测值，表示无人机总升力在地理坐标系下的表示；所述第五步包括：进行位置环抗干扰控制律设计：令表示位置控制误差，其中下标表示期望信号，表示位置信息，表示速度控制误差，表示位置信息，位置环抗干扰控制律可设计为如下形式： ，其中，表示在地理坐标系下的期望加速度，和表示控制器增益，表示由电压降低观测器所估计出的旋翼无人机升力损失矢量，表示旋翼无人机期望轨迹的二阶导数，即期望轨迹所对应的期望加速度，表示在地理坐标系下旋翼无人机的期望升力。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 北京航空航天大学杭州创新研究院 一种针对场景理解的在线升力补偿方法