买专利卖专利找龙图腾，真高效！ 查专利查商标用IPTOP,全免费！专利年费监控用IP管家,真方便！

申请/专利权人：重庆大学;星际(重庆)智能装备技术研究院有限公司;迪比(重庆)智能科技研究院有限公司

摘要：本发明公开了一种基于状态约束的无人机非线性PID姿态控制方法，包括以下步骤：采用现有动力模型作为初始动力模型并定义本发明模型的控制量；结合状态依赖函数和初始动力模型构建基于状态约束的无人机动力模型；计算无人机系统非线性PID控制率并更新该模型参数；通过仿真验证算法对本模型进行训练，最终得到训练好的基于状态约束的无人机动力模型。本发明方法可以使现有的无人机可以在动态环境下，尤其是恶劣复杂的环境条件下实现正常飞行。

主权项：1.一种基于状态约束的无人机非线性PID姿态控制方法，其特征在于：包括如下步骤：S100：采用四旋翼无人机的6-DOF动力学模型，并定义平移期望v*t和旋转期望w*t,表达式如下： 其中，A1和B1表示动力学模型的系数矩阵，v表示无人机运行的平移预测值，w表示无人机运行的旋转预测值，表示v的一阶导数，表示w的一阶导数，F＝[Fx,Fy,Fz]T表示作用在四旋翼无人机上的x、y、z三个坐标系方向上的分力向量，m表示四旋翼无人机的重量，J表示常数矩阵，M＝[uφ,uθ,uψ]T表示输入矩阵矢量向量，Fm表示的输入，M表示的输入；S200：定义初始平移控制量ut和初始旋转控制量ur，将ut和ur代入四旋翼无人机的6-DOF动力学模型得到初始动力模型，表达式如下： 其中，ut＝[Fxm,Fym,Fzm]T，ur＝[uφ,uθ,uψ]T，fa·＝A1v和fb·＝B1w表示模型的耦合项，A＝diag{1,1,1}和B＝J-1表示增广矩阵；da.表示平移扰动，db.表示旋转扰动；S300：结合状态依赖函数和初始动力模型构建基于状态约束的无人机动力模型，表达式如下： 其中，ξv表示平移状态依赖转换函数，ξw表示旋转状态依赖转换函数，ηv和ηw表示可计算的参数，ωv和ωw分别表示平移和旋转误差变量；S400：通过非线性PID控制算法计算基于状态约束的无人机动力模型的系统PID控制率，系统PID控制率包括平移误差方程控制律u′t和旋转误差方程控制律u′r，表达式分别如下：平移误差方程控制律： 其中，平移误差方程控制律自适应PID参数为： 其中，zv表示平移跟踪误差，kP表示比例系数，kI表示积分系数，kD表示微分系数，γ表示设计常数，c表示设计常数，Δkp表示时变比例系数，ΔkI表示时变积分系数，ΔkD表示时变微分系数，表示自适应参数，Φ·表示平移误差方程控制律的负反馈参数；旋转误差方程控制律： 其中，旋转误差方程控制律自适应PID参数为： 其中，zw表示旋转跟踪误差，kP表示比例系数，kI表示积分系数，kD表示微分系数，γ2表示设计常数，d表示设计常数，Δkp表示时变比例系数，ΔkI表示时变积分系数，ΔkD表示时变微分系数，表示自适应参数，Φw1·表示旋转误差方程控制律的负反馈参数；S500：预设状态约束条件范围，对基于状态约束的无人机动力模型进行训练，具体步骤如下：S510：将系统控制信号输入平移误差方程控制律u′t，输出得到无人机在状态约束下运行的平移预测值ξv；将系统控制信号输入旋转误差方程控制律u′r，输出得到无人机在状态约束下运行的旋转预测值ξw；S520：分别计算平移跟踪误差zv和旋转跟踪误差zw，计算表达式如下：zv＝ξv-αvzw＝ξw-αw；10其中，zv表示平移跟踪误差，zw表示旋转跟踪误差，ξv表示状态约束下运行的平移预测值，ξw表示状态约束下运行的旋转预测值，αv表示平移在进行状态依赖函数转换后的期望值，αw表示旋转在进行状态依赖函数转换后的期望值，表达式如下： 其中，Fvt表示平移下界，表示平移上界，Fwt表示旋转下界，表示旋转上界；S530：如果计算得到的平移跟踪误差zv和旋转跟踪误差zw均衰减到状态约束条件范围内，得到训练好的基于状态约束的无人机动力模型，则认为可以在动态环境条件下实现无人机的飞行；如果计算得到的平移跟踪误差zv和旋转跟踪误差zw没有衰减到状态约束条件范围内，则反向更新基于状态约束的无人机动力模型的参数，并返回S510。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 重庆大学 星际(重庆)智能装备技术研究院有限公司 迪比(重庆)智能科技研究院有限公司 一种基于状态约束的无人机非线性PID姿态控制方法