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申请/专利权人：国网宁夏电力有限公司石嘴山供电公司;国网宁夏电力有限公司

摘要：本发明提供一种基于非线性模型预测的四旋翼无人机路径跟踪控制方法，属于无人机自动控制技术领域。包括：设定参考路径，所述参考路径为期望状态量集合；建立四旋翼无人机运动数学模型；获取4个螺旋桨电机的转速输入至所述四旋翼无人机运动数学模型中进行下一时刻状态量的预测；根据所述四旋翼无人机当前状态量进行对预测状态量进行反馈补偿，得到校正状态量；获取所述参考路径中下一时刻对应的期望状态量，将所述期望状态量和所述校正状态量代入目标函数，利用所述目标函数求解出所述四旋翼无人机下一时刻的控制量；将所述下一时刻的控制量作用于所述四旋翼无人机。

主权项：1.一种基于非线性模型预测的四旋翼无人机路径跟踪控制方法，控制对象为X型四旋翼无人机，其特征在于，包括：步骤S1，设定参考路径，所述参考路径为期望状态量集合；步骤S2，建立四旋翼无人机运动数学模型；步骤S3，获取4个螺旋桨电机的转速输入至所述四旋翼无人机运动数学模型中进行下一时刻状态量的预测；步骤S4，根据所述四旋翼无人机当前状态量进行对预测状态量进行反馈补偿，得到校正状态量；步骤S5，获取所述参考路径中下一时刻对应的期望状态量，将所述期望状态量和所述校正状态量代入目标函数，利用所述目标函数求解出所述四旋翼无人机下一时刻的控制量；步骤S6，将所述下一时刻的控制量作用于所述四旋翼无人机；所述四旋翼无人机运动数学模型的输入为4个螺旋桨电机的转速[ω1,ω2,ω3,ω4]，输出为预测状态量XP，x、y、z分别为三个方向速度，θ、ψ分别表示为俯仰角、偏航角、横滚角；所述四旋翼无人机运动数学模型中：在机体坐标系下，四旋翼无人机通过四个螺旋桨高速旋转产生绕机体三轴的转动力矩[Mx,My,Mz]表示为： 无人机运行过程中，沿垂直总拉力为： 式中，La＝Lb＝L为机臂长度，α为无人机推力系数，β为旋翼反扭矩系数；四旋翼无人机非线性动力学模型为： 式中，m为四旋翼无人机质量；g为重力加速度；Ix,Iy,Iz分别是所述四旋翼无人机的三轴向转动惯量；表示所述四旋翼无人机的位置加速度，表示所述四旋翼无人机的角加速度；通过对和二次积分求得XP；所述步骤S4包括：步骤S41，获取所述步骤S3对k+1时刻进行预测所得的预测状态量Xpk+1；步骤S42，根据所述四旋翼无人机当前实际状态量Yk计算误差ek：ek＝Yk-Xpk+1Yk＝Xk步骤S43，计算出k+1时刻的校正状态量Xbk+1：Xbk+1＝Xpk+1+Kb·ek式中，Kb为反馈系数；所述步骤S5包括：步骤S51，获取所述参考路径中k+1时刻对应的期望状态量Xrk+1；步骤S52，将所述期望状态量和所述校正状态量代入目标函数J，利用所述目标函数求解出最优控制序列{Uk+i}：其中，离散的四旋翼非线性系统满足： 所述目标函数J表示为： 式中，Q和R分别为状态权重矩阵和输入权重矩阵；Uk+i为系统k+i时刻的输入；其中，求解过程的约束条件包括： 式中，Umin为最小输入矩阵，Umax为最大输入矩阵；Xmin为四旋翼无人机最小状态矩阵，Xmax为四旋翼无人机最大状态矩阵；步骤S53，将所述最优控制序列{Uk+i}中第一个元素Uk+1作为所述四旋翼无人机下一时刻的控制量。

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