[发明专利]一种多旋翼无人飞行器的稳定飞行控制方法

摘要

本发明提供了一种多旋翼无人飞行器的稳定飞行控制方法，包括如下步骤：1)通过机载的传感器获取飞行器自身的飞行实时运行数据，并通过所搭载的处理器对飞行器的运动学问题进行相应的解析处理，建立飞行器动力学模型；2)根据变参收敛微分神经动力学设计方法,设计多旋翼飞行器动力学模型的变参收敛微分神经网络求解器；3)利用获取的飞行器实时运行数据与目标姿态数据，通过变参收敛微分神经网络求解器求解飞行器电机的输出控制量；4)将步骤3)的求解结果传递给飞行器电机调速器控制无人飞行器运动。本发明基于变参收敛微分神经动力学方法，可快速、准确、实时地逼近问题正确解，可以很好地解决矩阵、向量、代数以及优化等多种时变问题。

主权项

1.一种多旋翼无人飞行器的稳定飞行控制方法，其特征在于，包括如下步骤：1)通过多旋翼无人飞行器上机载的姿态传感器以及相应的高度与位置传感器获取飞行器自身的飞行实时运行数据，建立飞行器动力学模型，并通过多旋翼无人飞行器所搭载的处理器对飞行器的运动学问题进行相应的解析处理；2)根据变参收敛微分神经动力学设计方法，设计多旋翼飞行器动力学模型的变参收敛微分神经网络求解器；3)利用步骤1)中获取的飞行器实时运行数据与目标姿态数据，通过步骤2)所设计的变参收敛微分神经网络求解器求解飞行器电机的合成控制量；4)将步骤3)的求解结果传递给飞行器电机调速器控制多旋翼无人飞行器运动；所述建立飞行器动力学模型，并通过多旋翼无人飞行器所搭载的处理器对飞行器的运动学问题进行相应的解析处理的步骤具体包括：忽略飞行器所受空气阻力作用，针对飞行器系统可以建立物理模型：其中m为飞行器的总质量，I为3×3单位矩阵，J为飞行器转动惯量矩阵，v和w为飞行器地面坐标系的速度矢量以及角速度矢量，F和G分别为飞行器电机输出合力轴向分力矢量和重力的轴向分力矢量，T为飞行器转动力矩矢量；建立地面坐标系XG以及飞行器机体坐标系XU，其中地面坐标系和机体坐标系之间存在以下关系：XU＝KXG，转换关系中，K为地面坐标系以及机体坐标系之间的旋转变换矩阵，可以表示为其中θ(t)为俯仰角，ψ(t)为偏航角，φ(t)为横滚角；根据坐标变换理论，在飞行器的平动方向以及转动方向上，根据以上物理模型可以获得如下在飞行器机体坐标系上的动力学模型方程其中x、y、z分别为飞行器在世界坐标系中的位置坐标；Jx、Jy和Jz分别为飞行器在X轴、Y轴和Z轴方向的转动惯量；l为臂长；g为重力加速度；合成控制量u1(t)～u4(t)由飞行器电机的输出推力以及合成转矩构成，u1(t)为飞行器垂直上升方向上的合力，u2(t)为横滚角方向合力，u3(t)为俯仰角方向合力，u4(t)为偏航角方向合成转矩。