[发明专利]一种改进MIT-MRAI的四旋翼无人机参数辨识方法

说明书

本发明公开了一种改进MIT‑MRAI的四旋翼无人机参数辨识方法，包括如下步骤：步骤一、基于机理建模法建立四旋翼无人机的空间运动方程；步骤二、根据建立的模型选择需要辨识的相关参数；步骤三、利用悬线法求解无人机绕三轴的转动惯量；步骤四、利用改进MIT‑MRAI的参数辨识方法对旋翼的升力系数和阻力系数进行辨识。本发明采用改进的悬线法求解无人机绕三轴的转动惯量，使悬线法周期测量方式更为准确。

技术领域

本发明属于系统辨识领域，具体涉及一种改进MIT-MRAI的四旋翼无人机参数辨识方法。

背景技术

四旋翼无人机以其灵活的飞行方式和广泛的应用前景取得了快速发展，然而其飞行控制上的复杂性又在一定程度上增大了研究和开发难度。飞行动力学建模是无人机控制系统设计与实现的基础，而准确获取飞行器理论值，如质量、转动惯量和气动参数等是建立准确模型的关键。基于模型进行控制方案的论证和仿真分析，然后在实验中验证控制方案的有效性，有利于提高研究工作的效率。因此无人机的模型参数的获取对于算法仿真具有重要作用，也有利于选取合适的控制参数。一般而言，模型参数越准确，仿真结果与实际飞行越接近。目前无人机的气动参数的获得方法主要有两种：一种是机理分析的方法。基于流体力学、叶素理论等计算其气动参数，这种方法计算复杂，舍入误差较大，而且环境条件的变化对结果影响较大；另一种是采用试验的方法，包括风洞试验和参数辨识实验等。由于风洞试验存在条件要求高，试验周期长等缺点，因而通过采集输入输出的实验数据，利用系统辨识的方法估计参数成为辨识气动参数的有效手段。

模型参考自适应辨识(model reference adaptive identification，MRAI)常用于参数估计中，也可以用于自适应控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对四旋翼无人机系统模型参数未知或难以测量的问题，如何设计一种简单可行的方法对相应的参数进行辨识，因此，提供了一种改进MIT-MRAI的四旋翼无人机参数辨识方法，该方法采用改进的悬线法求解无人机绕三轴的转动惯量，使悬线法周期测量方式更为准确。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种改进MIT-MRAI的四旋翼无人机参数辨识方法，包括如下步骤：

步骤一、基于机理建模法建立四旋翼无人机的空间运动方程；

步骤二、根据建立的模型选择需要辨识的相关参数；

步骤三、利用悬线法求解无人机绕三轴的转动惯量；

步骤四、利用改进MIT-MRAI的参数辨识方法对旋翼的升力系数和阻力系数进行辨识。

本发明进一步的改进在于，步骤一中，基于机理建模法建立四旋翼无人机的空间运动方程，其过程为：

利用牛顿-欧拉定律，从空间中无人机转动和平动两种运动状态出发建立运动方程如下：

式中，第一组方程为转动方程，第二组方程为平动方程，I_x、I_y、I_z分别为对应轴的转动惯量，ω_x、ω_y、ω_z分别为绕对应轴的转速，l为机体质心到旋翼旋转轴之间的距离，b为旋翼的升力系数，d为旋翼的升力系数，ω_i是四个电机的转速，i＝1,2,3,4，I_r是螺旋桨自身的转动惯量，m是无人机质量，φ、θ、ψ是无人机的欧拉角，依次为俯仰角、横滚角和偏航角，x、y、z是无人机在三个方向上运动的加速度，g是重力加速度。

本发明进一步的改进在于，步骤二中，根据建立的模型选择需要辨识的参数，其过程为：