[发明专利]基于闭环子空间辨识的小型旋翼无人飞行器系统建模方法

权利要求书

1.一种基于闭环子空间辨识的小型旋翼无人飞行器系统建模方法，其特征在于，基于子空间辨识算法和小型旋翼无人飞行器闭环控制系统的特性，利用正交分解将小型旋翼无人飞行器闭环控制系统的传递函数分解为确定性部分和随机性部分，再通过解耦小型旋翼无人飞行器闭环控制系统输入信号与噪声的相关性，从而得到精确辨识的小型旋翼无人飞行器闭环控制系统模型，具体步骤如下：

S110根据预估输入信号、系统的输入信号与输出信号引入待辨识数据；

S111将正交投影法运用到状态空间模型上获取状态空间方程以消除预估输入信号与噪声的相关性；

S112分解所述状态空间方程，所述状态空间方程包括确定性部分和随机性部分；

S113将所述状态空间方程正交投影到R空间以消除所述随机性部分，在消除了随机性部分的状态空间方程中输入预估输入信号r(k)、系统的输入信号u(k)与输出信号y(k)以获取待辨识数据A_d、B_d、C_d及D_d，其中k＝0，1，…，T；

S120通过基于正交分解的闭环子空间辨识算法获取系统的状态空间矩阵(A_d,B_d,C_d,D_d)：

首先预定义Hankel矩阵、增广矩阵和Toeplitz矩阵，再通过LQ分解、SVD分解、增广矩阵的平移不变性质及最小二乘法分别获取A_d、B_d、C_d及D_d；

S130姿态通道的建模，所述姿态通道包括俯仰通道、横滚通道和偏航通道：

分别建立俯仰通道、横滚通道和偏航通道的模型，再分别添加增稳控制器至俯仰通道、横滚通道和偏航通道以保证系统的性能；

S140通过系统的状态空间方程计算出系统的输出，再通过加入预设的输入量，重复S110-S140以使系统趋于稳定。

2.如权利要求1所述的小型旋翼无人飞行器系统建模方法，其特征在于，所述将正交投影法运用到状态空间模型上获取状态空间方程以消除预估输入信号与噪声的相关性，是指：

将正交投影法运用到状态空间模型上以消除系统中输入信号与噪声的相关性，所述状态空间模型的方程1为：

其中，x_d∈R^nd为状态空间模型确定性部分的状态向量，x_s∈R^ns为状态空间模型随机性部分的状态向量。

3.如权利要求2所述的小型旋翼无人飞行器系统建模方法，其特征在于，所述分解所述状态空间方程，所述状态空间方程包括确定性部分和随机性部分，是指：

分解所述方程1以获取分解的状态空间模型的方程2：

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Ke(k)

y(k)＝Cx(k)+Du(k)+e(k)

其中，Ax(k)+Bu(k)和Cx(k)+Du(k)分别为确定性部分，e(k)为随机性部分；

再将所述方程2正交投影到R空间以消除随机性部分以获取方程3：

4.如权利要求3所述的小型旋翼无人飞行器系统建模方法，其特征在于，所述将所述状态空间方程正交投影到R空间以消除所述随机性部分，在消除了随机性部分的状态空间方程中输入预估输入信号r(k)、系统的输入信号u(k)与输出信号y(k)以获取待辨识数据A_d、B_d、C_d及D_d，其中k＝0，1，…，T，是指：

获取预估输入信号r(k)、系统的输入信号u(k)和输出信号y(k)，其中k＝0，1，…，T；

将预估输入信号r(k)张成的空间定义为R，再将所述方程3进行正交投影以获取方程4：

所述A_d、B_d、C_d及D_d即为待辨识数据。