[发明专利]六旋翼无人机分立输入解耦装置及包含该装置的控制系统

说明书

技术领域

本发明属于多旋翼无人飞行器控制领域，涉及一种六旋翼无人机分立输入解耦装置及包含该装置的控制系统。

背景技术

六旋翼无人机区别于其他旋翼无人机如直升机、四旋翼无人机等，通过改变六个旋翼的组织形式，可使系统呈现欠驱动或全驱动的不同工作模式。相比于一般的多旋翼无人机需通过控制姿态角变化进而控制水平运动，全驱动六旋翼无人机机体设有六个连接杆，均匀分布在机体周围，每个连接杆的外端连接一个旋翼。六个旋翼的旋转平面与六个连接杆所在的平面形成六个倾角，每个旋翼的旋转平面与相隔一个旋翼的第三个旋翼的旋转平面倾角相等，每个旋翼与相邻旋翼的旋转平面与六个连接杆所在的平面倾角互为补角。该无人机利用改变各个旋翼转速的方法控制飞行器的六个自由度，具有高度的可控性、机动性、稳定性。可以实现快速前飞、悬停以及以任意姿态前飞等动作。但由无人机自身结构以及空气动力学因素决定，六旋翼无人机存在较强的输入耦合问题，即每一个自由度状态的变化都受到多个旋翼转速的影响，而任意一个旋翼转速的变化也会引起多个自由度状态的改变，采用多输入多输出的非线性控制器控制复杂，难以实现。

发明内容

本发明要解决的一个技术问题是提供一种通过分立式解耦映射，使全驱动六旋翼无人机这个多输入多输出系统解耦为六个单输入单输出系统，从而实现无人机六个自由度独立控制的六旋翼无人机分立输入解耦装置。

为了解决上述技术问题，本发明的六旋翼无人机分立输入解耦装置包括：

系数矩阵M_co存储模块；

所述的系数矩阵M_co＝diag(k₁₁，k₂₂，....，k₆₆)；(1)

结构矩阵M_rel存储模块；

所述的结构矩阵M_rel＝{-1^kAIV_ij}_{6×6，k＝1，2}   (2)

式(2)中，i代表旋翼编号，j代表自由度编号；i＝1、2、3、……6，j＝1、2、3、4、5、6；AIV_ij为第i个旋翼动作时对第j个自由度的绝对影响值；

设六旋翼无人机机体坐标系的x、y轴位于各连接杆所在的平面内并相互垂直，z轴通过六旋翼无人机的质心且垂直于各连接杆所在的平面；沿x、y、z轴正向移动自由度为正，沿x、y、z轴反向移动自由度为负；俯仰角θ为无人机机体绕y轴转动的角度，逆时针转动自由度为正，顺指针转动自由度为负；滚转角φ为无人机机体绕x轴转动的角度，逆时针转动自由度为正，顺时针转动自由度为负；偏航角ψ为无人机机体绕z轴转动的角度，逆时针转动自由度为正，顺时针转动自由度为负；则

第i个旋翼动作时对x、y、z轴方向平动自由度的绝对影响值：

第i个旋翼动作时对俯仰角θ、滚转角φ、偏航角ψ转动自由度的绝对影响值：

当自由度向负方向变化时，k＝1，当自由度向正方向变化时k＝2；

将系数矩阵与结构矩阵相乘并存储为映射矩阵Map的模块；

映射矩阵降维模块：依次将映射矩阵Map中的某一行去掉，得到六个五行六列的行满秩矩阵Map′_j(j＝，1，2，3，4，5，6)；

降维齐次线性方程求解模块：求出六个降维齐次线性方程的基础解向量

所述降维齐次线性方程为：