[发明专利]一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法

权利要求书

1.一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法，其特征在于，包括：

分别建立四旋翼无人机机翼的数学模型和四旋翼无人机航行轨迹的动力学模型；

将所述数学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机机翼独立控制通道的传递函数，其中，所述独立通道包括：俯仰通道，翻滚通道、偏航通道和方向通道；

将所述传递函数通过基于U-model的极点配置方法，获取所述四旋翼无人机机翼的第一控制规律，以实现对所述四旋翼无人机机翼的控制；

根据所述动力学模型通过解耦获得所述四旋翼无人机轨迹的驱动子函数；

根据所述驱动子函数通过基于U模型的极点配置的方法，获取所述四旋翼无人机机体的第二控制规律，以实现对所述四旋翼无人机航行轨迹的控制；

将所述第一控制规律和所述第二控制规律相结合，获取所述四旋翼无人机的复合式控制规律，实现对所述四旋翼无人机飞行的控制。

2.根据权利要求1所述的一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述分别建立四旋翼无人机机翼的数学模型和四旋翼无人机航行轨迹的动力学模型，包括以下步骤：

建立所述四旋翼无人机机翼的数学模型，包括：

获取所述四旋翼飞行器的惯性坐标系和飞行坐标系；

提取绕所述惯性坐标系三轴旋转的翻滚角φ、俯仰角θ和偏航角ψ；获取所述四旋翼无人机的垂直速度控制量u₁，翻滚输入控制量u₂，俯仰控制量u₃，偏航控制量u₄，设所述四旋翼无人机在所述惯性坐标系上的位移为I；其中，在在所述惯性坐标系的x轴上位移为I_x，y轴上位移为I_y，z轴上位移为I_z,四旋翼无人机重量为m，得到以非线性运动方程表示的数学模型：

其中，重力系数为g，所述为所述四旋翼无人机在x轴上的加速度，所述四旋翼无人机在y轴上的加速度，所述四旋翼无人机在z轴上的加速度，为在所述翻滚角φ的加速度，为在所述俯仰角θ的加速度，为在所述偏航角ψ的加速度；

建立所述四旋翼无人机机体上的动力学模型，包括：

设所述四旋翼无人机轨迹为T_i^(s)i＝(1,2,3……i)为所述四旋翼无人机的轨迹；

获取与所述四旋翼无人机的轨迹相关的非线性函数f_i,g_v，得到所述动力学表达式：

其中，q_l为输入变量。

3.根据权利要求2所述的一种基于U-model的四旋翼无人机控制方法，其特征在于，所述获取所述四旋翼无人机的垂直速度控制量u₁，翻滚输入控制量u₂，俯仰控制量u₃，偏航控制量u₄还包括以下步骤：

获取所述四旋翼无人机旋翼的旋翼转速ω；

根据所述转速ω：

获取旋翼的阻力：

获取旋翼的升力：

其中，ρ为大气密度，C为升力系数，k为风阻系数；

根据所述旋翼的阻力和旋翼的升力，获取所述四旋翼无人机的垂直速度控制量u₁，翻滚输入控制量u₂，俯仰控制量u₃，偏航控制量u₄表达式：

其中，所述F₁,F₂,F₃,F₄为所述四旋翼无人机四个旋翼的拉力，所述F₁,F₂,F₃,F₄分别控制四旋翼无人机前后左右四个方位向上的拉力。