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發明授權專利:一種無人機在極端初始狀態的快速平衡控制方法

2020-01-15 19:53 性質:編輯 作者:Lvcoco 來源:無人機網
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無人機網(www.5727454.live)數據中心援引國家知識產權局的專利數據稱,在這份發明專利中,描述了一種無人機在極端初始狀態的快速平衡控制方法,屬于多旋翼無人機飛...

無人機網(www.5727454.live)數據中心援引國家知識產權局的專利數據稱,在這份發明專利中,描述了一種無人機在極端初始狀態的快速平衡控制方法,屬于多旋翼無人機飛行控制技術領域。本方法包括如下步驟:

(1)無人機上電,對陀螺儀、磁力計、加速度計進行校準,并檢查電機解鎖后是否運轉正常;

(2)各個傳感器校準完畢,電機解鎖后一切正常,手持無人機準備進行拋飛;

(3)向上以任意方向拋出無人機,當無人機在空中自由落體的時候,撥動遙控器檔位;

(4)無人機自由落體時,接收到遙控器的檔位變化,根據各個傳感器反饋的信息,飛行控制器調用算法,使得自身快速進入平穩飛行狀態。該方法增強了飛行控制系統的魯棒性,同時提高了整個飛行系統狀態的收斂速度。

無人機為了提升娛樂性提出了手拋即飛的任務需求,此時飛行控制系統的任務是使無人機能在任意的初始狀態收到地面站發出的平衡指令后快速進入平穩飛行狀態。

在當前的工程實踐中,傳統的比例積分微分(PID)控制策略依然被廣泛采用。在飛行控制系統的設計中,常用的方法是利用小擾動分析建立俯仰、滾轉、航向和高度四個通道的近似線性模型。雖然比例積分微分控制策略在分通道控制中具有不錯的控制效果,但其更適用于單變量系統。而無人機屬于復雜的多變量系統,各個狀態之間的耦合較為嚴重,使用比例積分微分控制策略在設計上通常忽略各個狀態之間的耦合影響,控制參數較多,控制參數的設計過程也較為復雜。

在拋飛過程中的任意初始狀態,無人機需要進行快速翻滾等大機動動作,既要保證比較好的動態品質特性(如快速性與弱超調性),又要兼顧性能魯棒性與穩定性。通道間的耦合作用使得比例積分微分控制難以讓無人機快速進入平衡飛行狀態。

該發明針對無人機在拋飛場景對姿態和高度快速響應要求,提出了一種無人機在極端初始狀態的快速平衡控制方法。

首先,結合精準的無人機非線性數學模型而設計了分層級聯結構控制器,基于輔助面的快速終端滑??刂扑惴?,由此推導出姿態控制律、角速率控制律和高度控制律,達到加快收斂速度的效果。

該方法增強了行控制系統的魯棒性,同時提高了整個飛行系統狀態的收斂速度。

無人機飛行控制系統分層級聯控制器設計原理框圖

輔助面的終端滑??刂扑惴ńY構圖

切換面S1i、S2i切割的四個子空間

輔助面的示意圖

姿態跟蹤控制響應曲線圖,其中(a)表示滾轉角響應曲線,(b)表示俯仰角響應曲線

高度跟蹤控制響應曲線圖

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