[发明专利]一种多旋翼无人机容错控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种多旋翼无人机容错控制方法及系统，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；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。该控制方法及系统提高了多旋翼无人机的容错能力，保证了多旋翼无人机具有更大的负载能力和更高的稳定性。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种多旋翼无人机容错控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着科技的不断进步，无人飞行器，尤其是在四旋翼以上的多旋翼无人飞行器领域取得了快速发展。多旋翼无人机是一种配备了数据处理与传输系统、传感器、自动控制系统和通信系统等机载设备的飞行器，能够进行一定的稳态控制和飞行，而且具备一定的自主飞行能力。当前，多旋翼飞行器现在已广泛应用于农林植保、电力巡检、物流运输等领域，极大程度地方便了人民的生产生活。

当多旋翼无人飞行器发生故障时，飞行状态会发生突变，从而造成不可估计的后果，因此，需要设计出一种容错控制方法来提高多旋翼无人机的容错能力，从而保证多旋翼无人机具有更大的负载能力和更高的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多旋翼无人机容错控制方法及系统，提高了多旋翼无人机的容错能力，保证了多旋翼无人机具有更大的负载能力和更高的稳定性。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一方面，提供了一种多旋翼无人机容错控制方法，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。

作为本发明的进一步改进，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。

作为本发明的进一步改进，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：