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专利号: 2020105496441
申请人: 江苏师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有输入时滞的四旋翼无人机反步控制方法,其特征在于,包括以下步骤:S1:建立四旋翼无人机系统的动态模型,设定系统的初始值、采样时间以及相关控制参数;

S2:利用Pade逼近引入虚拟变量,处理系统的输入时滞;

S3:在每一个采样时刻,计算位置跟踪误差及其一阶导数;计算姿态角跟踪误差及其一阶导数;设计位置和姿态角控制器;

步骤S1具体包括:

对四旋翼无人机进行飞行动力学建模,动力学模型的线性形式为:其中 为翻滚角;θ为俯仰角;ψ为偏航角;m为无人机机体总质量;U1为垂直通道的输入量;τ为未知输入时滞;l为螺旋桨中心到四旋翼中心的距离;Ix,Iy,Iz分别为四旋翼对于机体坐标系三轴的转动惯量,且都为常量;g表示重力加速度;

步骤S2具体包括:

2.1利用拉普拉斯变换的时滞定理,其中 是u(t)的拉普拉斯变换,υ是拉普拉斯变量;

2.2引入中间变量δ2,满足

2.3利用拉普拉斯逆变换,可得其中λ=2/τ,四旋翼飞行器的动力学模型可进一步写为:步骤S3具体包括:

3.1定义跟踪误差ξ1及其一阶导数:其中xd表示x的期望信号;

3.2设计障碍李雅普诺夫函数V1和虚拟控制器α1:其中kc1为ξ1的边界,满足|ξ1|

将式(6)代入式(7),得:其中

3.3设计障碍李雅普诺夫函数V12:将式(8)代入式(9),得:

3.4设计控制器U1:

其中c2为正常数;

3.5定义y、z跟踪误差分别ξ3、ξ4及其一阶导数:其中yd表示y的期望信号,zd表示z的期望信号;

3.6设计障碍李雅普诺夫函数V2、V3和虚拟控制器α2、α3:其中kc2为ξ3的边界,满足|ξ3|

将式(12)代入式(13),得:其中

3.7设计障碍李雅普诺夫函数V21、V31:将式(14)代入式(15),得:(16)

步骤S3之后还包括步骤S4:验证四旋翼飞行器系统的稳定性;

步骤S4具体包括:

基于李雅普诺夫函数V11、V21、V31,根据式(6)‑(16),得:即四旋翼飞行器系统是稳定的。