[发明专利]一种用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法

权利要求书

1.一种用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、在机体坐标系下，设定虚拟参考点；

步骤二、以所述虚拟参考点代替浮空器的体心，计算目标点与虚拟参考点之间的位置误差，根据所述位置误差，计算驱动浮空器到达目标点所需的前向控制力和偏航控制力矩；

步骤三、根据所述前向控制力和偏航控制力矩，计算浮空器的每个螺旋桨所需的推力及其对应的角度，从而实现对目标点的跟踪；

计算所需的前向控制力和偏航控制力矩的方法包括以下步骤：

步骤Ⅰ、根据所述位置误差，通过比例控制，获取在机体坐标系下的指令跟踪速度，再结合浮空器的当前速度，计算指令跟踪加速度，进而获得对应的纵向指令跟踪加速度和侧向指令跟踪加速度；

步骤Ⅱ、根据所述纵向指令跟踪加速度，结合动力学理论，计算所需的前向控制力；

步骤Ⅲ、根据所述侧向指令跟踪加速度，结合动力学理论，将其转换为偏航指令角速度，再通过比例控制，获得对应的偏航指令角加速度，进而计算所需的偏航控制力矩；

所述虚拟参考点设置在机体坐标系下，对应的x轴方向上的一点，不包括浮空器的体心。

2.根据权利要求1所述的用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法，其特征在于：所述指令跟踪速度v_c利用如下方程式计算得到

v_c＝R^Tk(P_d-P_v)

其中，表示对应比例控制器的比例系数，表示变换矩阵，ψ表示浮空器的偏航角，P_d表示所述目标点在地理坐标系下的位置信息，P_v表示所述虚拟参考点在地理坐标系下的位置信息；

所述指令跟踪加速度利用如下方程式计算得到

其中，v表示浮空器的当前速度转换到机体坐标系下的对应速度，表示对应比例控制器的比例系数，表示纵向指令跟踪加速度，表示侧向指令跟踪加速度。

3.根据权利要求2所述的用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法，其特征在于：所述目标点、虚拟参考点在地理坐标系下的位置信息均包括x轴和y轴的坐标值。

4.根据权利要求1所述的用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法，其特征在于：所述前向控制力X利用如下方程式计算得到

其中，m表示浮空器的质量，m₁₁和m₂₂分别表示浮空器的前向通道和侧向通道的附加质量，v表示浮空器在机体坐标系下的侧向速度，r表示浮空器在机体坐标系下的偏航角速度，F_A1表示浮空器在前向通道所受的空气外力；

所述偏航指令角速度r_c利用如下方程式计算得到

其中，u表示浮空器在机体坐标系下的前向速度；

所述偏航指令角加速度利用如下方程式计算得到

其中，λ₃表示对应比例控制器的比例系数；

所述偏航控制力矩N利用如下方程式计算得到

其中，I_z表示浮空器的回转转动惯量，m₆₆表示浮空器的偏航通道的附加质量，F_A6表示浮空器在偏航通道所受的空气外力，w表示浮空器的垂直速度。

5.根据权利要求4所述的用于欠驱动浮空器在平面上定点跟踪的控制方法，其特征在于：利用如下方程式计算浮空器的每个螺旋桨所需的推力及其对应的方向

其中，高度方向的控制力Z＝0，f_iH表示第i个螺旋桨所需的推力f_i在机体坐标系下的x轴方向的分力，f_iV表示第i个螺旋桨所需的推力f_i在机体坐标系下的z轴方向的分力，μ_i表示第i个螺旋桨所需的推力f_i对应的角度，R_p表示每个螺旋桨在机体坐标系下到浮空器体心的距离。