[发明专利]一种旋翼无人机地面效应抑制方法

说明书

本发明公开了一种旋翼无人机地面效应抑制方法，以运动学和动力学理论为基础，在分析了旋翼无人机竖直方向上的控制律与飞行状态的实际与参考关系的情况下，设计了原创的控制律估算模型，以复频域为模型的计算视角，通过引入复数因子s而避免了软硬件载体上的导数的计算，节省了计算资源；且通过一阶低通滤波因子g_f增强控制系统的稳定性和鲁棒性，实现旋翼无人机降落的无振荡控制；在本发明提供的控制律估算模型的指导下，依照本发明的方法步骤，可对抗地面效应，实现旋翼无人机的平稳着陆。

技术领域

本发明涉及无人机位姿控制领域，具体涉及一种旋翼无人机地面效应抑制方法。

背景技术

旋翼无人机的研究已有几十年的历史，大量的理论研究已经实际应用。其优点和实用价值已经充分发挥，而其气动效率低、续航不足等缺点目前都在可承受范围之内。

然而，旋翼无人机的降落控制依然是工程上的一个难点：由于地面效应的影响，当无人机飞行高度距离地面或者水面很近时，整个无人机升力面的上下压力差增大，升力会陡然增加，此时，由于旋翼无人机重量轻，且抗干扰能力差，因此极易失控。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种旋翼无人机地面效应抑制方法解决了地面效应对旋翼无人机降落控制造成的容易失控的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种旋翼无人机地面效应抑制方法，包括以下步骤：

S1、通过机载传感器获取旋翼无人机的飞行状态数据；

S2、根据飞行状态数据，判断旋翼无人机所处高度是否为0，若是，则结束抑制流程，若否，则跳转至步骤S3；

S3、根据飞行状态数据，通过控制律估算模型，得到控制律；

S4、通过控制律控制旋翼无人机的降落；

S5、通过机载传感器更新旋翼无人机的飞行状态数据，并跳转至步骤S2。

进一步地，所述飞行状态数据包括：旋翼无人机当前高度z、旋翼无人机当前竖直速度和旋翼无人机当前竖直加速度

进一步地，所述控制律估算模型的计算表达式为：

u＝(E-B⁺Bg_f)^-1B⁺[A_mx+B_mc-Ax(1-g_f)-sg_fx] (1)

其中，u为控制律；E为二阶单位矩阵，即A为状态矩阵；B为控制矩阵；A_m为参考状态矩阵；B_m为参考控制矩阵；g_f为一阶低通滤波因子，c为参考信号；s为复数因子；x为飞行状态数据向量，即B⁺为B的广义逆矩阵，计算表达式为：

B⁺＝(B^TB)^-1B^T (2)。

进一步地，所述状态矩阵A为

进一步地，所述控制矩阵B为

进一步地，所述参考状态矩阵A_m为其中ω为频率系数，ξ为实部系数。

进一步地，所述参考控制矩阵B_m为

进一步地，所述一阶低通滤波因子g_f的计算表达式为：

其中，t为时间常数。

进一步地，所述频率系数ω为5，实部系数ξ为1，时间常数t为0.005。