[发明专利]基于重心动力学的航模PID算法控制方法有效
申请号: | 202010720802.5 | 申请日: | 2020-07-24 |
公开(公告)号: | CN111781820B | 公开(公告)日: | 2023-06-02 |
发明(设计)人: | 郭建福 | 申请(专利权)人: | 滨州学院 |
主分类号: | G05B11/42 | 分类号: | G05B11/42 |
代理公司: | 南京众联专利代理有限公司 32206 | 代理人: | 蒋昱 |
地址: | 256600 山东*** | 国省代码: | 山东;37 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 重心 动力学 航模 pid 算法 控制 方法 | ||
本发明涉及一种基于重心动力学的航模PID算法控制方法,首先建立航模重心坐标系和各旋翼处坐标系,并求解无负重和有负重的旋翼航模力矩模型;再通过重心动力学模型计算航模重心动量变化率;最后,将航模所受的合外力分为加速度计算和惯量计算,同时融合重心动力学与PID控制算法实现基于重心动力学的航模PID算法控制方法,从而减小航模负重时重心偏移对航模稳定飞行带来的影响,并提高航模飞行的稳定性。
技术领域
本发明涉及航模控制领域,特别设计基于重心动力学的航模PID算法控制方法。
背景技术
随着科技的不断发展,早期应用于固定翼无人机的控制技术已无法满足旋翼式无人机的控制要求,而旋翼式飞行器有着卓越的着陆能力、能自主起飞、适应多种飞行姿态等优点,有着更加广阔的应用前景。
然而旋翼式无人机的控制技术比固定翼无人机的控制技术要复杂的多,有着较高的控制要求,旋翼式无人机的研发技术层面和普及度还是不如固定翼无人机,其中重要原因之一是旋翼式无人机的结构、控制技术并不成熟。由于飞行需要,旋翼式无人机一般会增加负重,飞行过程中会因为耗油,变换姿态等,将会产生无人机的重心偏移。
由于重心偏移对飞机运动特性产生了直接的影响,为了充分考虑机身偏心的影响,因此首先建立考虑重心偏移的飞机动力学模型,本发明利用重心动力学模型对无人机进行重心动力学建模,减小重心估计误差、未建模动态等不确定性对控制性能的影响。最后融合了PID控制算法实现了基于重心动力学的航模PID算法控制方法。
发明内容
为了解决上述存在问题。本发明提供基于重心动力学的航模PID算法控制方法,解决航模控制方法问题。为达此目的:
本发明提供基于重心动力学的航模PID算法控制方法,具体步骤如下:
步骤1:对三旋翼航模进行运动学建模,分别建立航模重心坐标系和各旋翼处坐标系;
步骤2:在步骤1的基础上建立无负重和有负重的旋翼航模力矩模型;
步骤3:计算航模各机翼期望加速度和航模反馈重心动量矩阵和动量矩阵导数,通过重心动力学求出重心动量变化率,继而求出航模所受合外力;
步骤4:将控制器设置的合外力和实际合外力的偏差作为PID算法的输入,实现三旋翼PID算法的控制方法。
作为本发明进一步改进,所述步骤1中建立航模重心坐标系和各旋翼处坐标系如下:
对航模的各部分进行编号,地面的编号是B0、机身编号是B1、旋翼连杆分别是B2、B3、B4;再分别建立航模重心坐标系Ob-xbybzb和各旋翼处坐标系,其中旋翼坐标系与重心坐标系平行。
作为本发明进一步改进,所述步骤2中无负重和有负重的旋翼航模力矩模型如下:
步骤2.1三旋翼航模飞行时,旋翼电机将产生两种力:上升力F1、F2、F3和旋翼电机扭转力f1、f2、f3,则旋翼电机的扭转力矩平衡方程可化为下式:
l1·f1cos60°-l2·f2sin30°=0 (1)
l1·f2sin60°+l2·f2cos30°+l3·f3=0 (2)
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