[发明专利]一种绳系无人机自主对接系统的协调控制方法

权利要求书

1.一种绳系无人机自主对接系统的协调控制方法，其特征在于协调控制步骤如下：

步骤1、构建自主对接系统：自主对接系统包括末端自主对接机构和平台系绳收放机构；以飞行器作为与地面物资的末端对接机构，电机固连在空中平台上，系绳两端分别连接电机和末端飞行器；

步骤2、对末端自主对接系统施加相应的控制：

1)构建空间坐标描述：末端四旋翼无人机在笛卡尔直角坐标系下表示，分别建立惯性坐标系O-xyz和固连在机身上的机体坐标系O_b-x_by_bz_b；

2)建立自主对接系统的动力学模型：末端自主对接系统的动力学方程分为平台系绳收放和末端四旋翼两部分：

平台系绳收放：

J为电机转动惯量，ω为电机角速度，K_t为扭矩常数，B_t为粘性摩擦系数；T和D_r分别为系绳拉力和电机转轴半径；

四旋翼：

其中(x,y,z)和(φ,θ,ψ)分别表示四旋翼的位置和欧拉角；(I_x,I_y,I_z)和m分别表示四旋翼的转动惯量和质量，为电机转轴到四旋翼中心的机臂长度，g为重力加速度；T表示系绳拉力，α，β分别表示系绳在水平面投影与x轴夹角以及系绳与水平面夹角；d_i，i＝1,…,6表示收到的干扰；

3)保持系绳控制力矩恒定：以无人机的实时位置，计算系绳的角度和长度变化，控制电机使得系绳拉力保持定值，此时系绳处于微张状态；

伺服电机的PI控制器：

其中u为电压输入，k_p和k_I分别为比例系数和积分系数；I_d为期望电流，I为实际电流；

4)设计末端四旋翼无人机的控制律：控制分为位置环和姿态环控制；

位置环控制包括分为高度和水平位置控制；姿态环包括俯仰，横滚和偏航的控制流程：

高度：

水平：

滚转角：

偏航角：

以控制律实现整个自主对接系统的良好控制。