[发明专利]一种多旋翼无人机容错控制方法及系统

权利要求书

1.一种多旋翼无人机容错控制方法，其特征在于，其包括：

采用改进的线性自抗扰控制的姿态控制算法控制所述无人机的飞行，以保证所述无人机在飞行过程的鲁棒性；

当检测到所述无人机的部分电机异常时，构建故障矩阵R_i，i为大于等于0小于等于所述无人机中所有电机个数的整数；

基于所述故障矩阵R_i在线建立故障模型；

基于所述故障矩阵R_i得到所述无人机上所有电机的控制分配信息；

采用所述改进的线性自抗扰控制的姿态控制算法控制所述故障模型下的无人机的飞行，并按照所述电机的控制分配信息控制所述无人机，以达到所需的姿态和高度；

所述基于所述故障矩阵R_i在线建立故障模型，包括：

采用以下公式，在线建立故障模型：

其中分别代表大地坐标系下的位置加速度，分别代表在大地坐标系下所述无人机的飞行器姿态角的角加速度，θ,ψ分别代表横滚角、俯仰角和偏航角，I_x,I_y,I_z分别代表所述无人机机身在三个方向的转动惯量，m代表所述无人机的质量，g代表重力加速度，U_R,U_P,U_Y,U_T分别代表所述无人机的电机均无故障时的横滚力矩、俯仰力矩、偏航力矩以及升力，f_p,f_q,f_r,f_z分别表示横滚力矩误差、俯仰力矩误差、偏航力矩误差以及升力误差。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机容错控制方法，其特征在于，所述改进的线性自抗扰控制的姿态控制算法包括：

安排过渡过程：采用以下公式，通过二阶环节将输入的突变信号转化为缓变信号，然后使输出信号达到期望的输入信号：

其中，其中，G(s)代表二阶环节的传递函数，T代表二阶环节的时间常数，s代表传递函数中的变量符号；

线性扩张状态观测器：采用以下状态空间方程和公式，实现对模型中各变量进行实时跟踪：

其中，x₁,x₂,x₃分别代表所系统的状态变量，b₀代表估计的控制增益，w代表外部扰动，y代表所述模型的输出，u代表所述模型的输入；

其中，z₁,z₂,z₃分别代表所述线性扩张状态观测器的系统状态变量，β₁,β₂,β₃分别代表所述线性扩张状态观测器的增益。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机容错控制方法，其特征在于，所述当检测到所述无人机的部分电机异常时，构建故障矩阵R_i，包括：

实时检测所述无人机的所有电机；

当检测到所述无人机的部分电机异常时，计算故障电机的输出与无故障时的输出的比值，根据所述比值构建故障矩阵R_i。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机容错控制方法，其特征在于，所述基于所述故障矩阵R_i得到所述无人机上所有电机的控制分配信息，包括：

采用以下公式，得到优化后的分配矩阵N^f，将所述优化后的分配矩阵N^f作为所述无人机上所有电机的控制分配信息：

N^f＝A^f-1；

N^f＝A^fT(A^f·A^fT)^-1；其中，A^f代表部分电机故障后的控制效率矩阵，A^fT代表A^f的转置；

A^f＝AR_i；其中，A代表故障前的控制效率矩阵；

其中，b为升力系数，l为所述无人机的轴距，d为反扭矩系数。