[发明专利]旋翼飞行机械臂自适应RBFNNs测噪自抗扰控制方法

说明书

本发明公开了一种旋翼飞行机械臂自适应RBFNNs测噪自抗扰控制方法，包括以下步骤：对旋翼飞行机械臂进行受力分析，运用牛顿‑欧拉方法建立旋翼飞行机械臂的动力学模型；设计基于RBFNNs\ADRC的高度控制器和水平控制器；根据动力学模型以及旋翼飞行机械臂的实际飞行情况，将水平控制器的输出转换为期望姿态角；设计基于RBFNNs\ADRC的姿态控制器；根据旋翼飞行机械臂的飞行模式，将控制信号转换成各个旋翼转速值。该方法利用自适应RBFNNs对飞行机械臂各通道的内外部干扰进行估计并实时补偿，在此基础上设计基于RBFNNs\ADRC的姿态控制器，能有效地补偿机械臂运动对飞行平台的干扰，使旋翼飞行机械臂在飞行过程中实现稳定地抓取。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及多旋翼飞行器控制技术领域，具体涉及一种旋翼飞行机械臂自适应RBFNNs测噪自抗扰控制方法。

背景技术

旋翼飞行器在过去二十几年里取得了重大突破和较大应用进展，可实现其定点悬停、机动飞行、自主起降等飞行模式，目前在自然灾害侦查与救援、地图遥感测量、农业应用等方面得到了广泛的应用。同时地面移动机器人系统上增加机械臂等主动式操作机构的做法也得到了广泛地认可，其在反恐防暴、救灾救援等多种场合已经得到了充分的验证和初步成功，这使得这种将传统机械臂(主动操作机构)的强大操作能力和移动平台的移动能力相结合来扩展机器人技术的应用范围的做法已经引起了研究人员的极大兴趣，并逐步渗透到其它移动机器人平台。由此可知从完全被动观测型到具有一定作业能力的主动操作型转变是当前移动机器人系统发展的一个总的趋势，因此结合旋翼飞行器本身的特点并增加机械臂结构组成操作型旋翼飞行器系统将具有广阔的应用前景。

2017年，陈浩耀、全凤宇在名称为“一种带有柔性抓取器的飞行机械臂”、公开号为“CN106985159A”的发明专利中公开了一种带有柔性抓取器的旋翼飞行机械臂，该发明将带有柔性抓取器的机械臂和旋翼飞行器相结合，能更好的适应抓取物外形。虽然该发明改进了机械臂的灵活性，但没充分考虑机械臂与旋翼飞行器之间的耦合以及干扰，在抓取作业中缺乏飞行稳定性，很可能导致抓取失败。

现有技术中存在的主要问题包括：旋翼飞行器机械臂内部参数存在不确定性、外部环境和自身机械臂规划运动对飞行平台存在干扰，在抓取作业中缺乏飞行稳定性，有可能导致抓取失败；旋翼飞行机械臂在抓取目标的过程中，机械臂的运动会对飞行平台有较大的反作用力，导致飞行器在三维环境中产生不确定性的偏移从而远离目标，极大地增加了机械臂抓取目标的难度。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种旋翼飞行机械臂自适应RBFNNs测噪自抗扰控制方法，即Active Disturbance Rejection Control Based onAdaptive RBFNNs Estimating Noise(RBFNNs\ADRC)，该方法利用自适应RBFNNs对飞行机械臂各通道的内外部干扰进行估计并实时补偿，在此基础上设计基于RBFNNs\ADRC的姿态控制器，能有效地补偿机械臂运动对飞行平台的干扰，使旋翼飞行机械臂在飞行过程中实现稳定地抓取。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种旋翼飞行机械臂自适应RBFNNs测噪自抗扰控制方法，包括以下步骤：

步骤一，对旋翼飞行机械臂进行受力分析，运用牛顿-欧拉方法建立旋翼飞行机械臂的动力学模型；

步骤二，根据步骤一中的动力学模型，设计基于RBFNNs\ADRC的高度控制器；

步骤三，在步骤二中高度控制的基础上，根据步骤一中的动力学模型设计基于RBFNNs\ADRC的水平控制器；

步骤四，根据步骤一中的动力学模型以及旋翼飞行机械臂的实际飞行情况，将水平控制器的输出转换为期望姿态角；

步骤五，根据步骤一中的动力学模型，设计基于RBFNNs\ADRC的姿态控制器；