飞行器控制方法与飞行器技术

本申请公开了一种飞行器控制方法与飞行器，包括：构建动力模型、观测模型、及总控制模型；基于动力模型与观测模型构建等效受控模型，并获取等效受控模型的频域幅值与观测带宽的第一函数关系；根据第一函数关系与获取的频域幅值指标对观测带宽进行整定，得到定参观测模型；根据获取的频率响应指标对总控制模型进行整定，得到定参总控制模型；当接收到目标状态指令时，根据目标状态指令获取飞行器的目标状态信息并获取飞行器当前时刻的飞行姿态；将目标状态信息及当前时刻的飞行姿态输入至定参总控制模型以通过定参总控制模型、定参观测模型以及动力模型调整飞行器飞行姿态，实现了对飞行器的高精度控制，并提升总控制模型的稳定性与抗扰动性。定性与抗扰动性。定性与抗扰动性。

【技术实现步骤摘要】
飞行器控制方法与飞行器


[0001]本申请涉及飞行系统控制领域，尤其涉及一种飞行器控制方法。

技术介绍

[0002]对于譬如无人机等飞行器的飞行器控制方法，主要是以飞行器作为受控对象，将控制指令输入控制模型以生成飞行器的动力装置的工作参数，并控制飞行器的动力装置根据生成的工作参数运行以调整飞行器的飞行姿态及飞行位置，使飞行器执行与控制指令对应的飞行动作。
[0003]目前采用的控制模型主要是传统的比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，简称PID)控制器模型。但是在飞行器气动参数变化较大、且存在高阶非线性、强耦合以及结构参数不稳定的情况下，传统的控制器模型难以实现高精度高稳定性的控制，需要对多个参数进行整定，导致的参数整定复杂。
[0004]因此，如何提供一种控制精度高、稳定性及抗扰动性能强的飞行控制方法，是本领域技术人员正在研究的热门课题。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种飞行器控制方法与飞行器，旨在对飞行器进行高精度的控制，并提升控制稳定性与抗扰动性。
[0006]第一方面，本申请提供一种飞行器控制方法，应用于飞行器，方法包括：
[0007]根据飞行器构建动力模型、观测模型、及总控制模型，观测模型包括待进行参数整定的观测带宽；
[0008]基于动力模型以及观测模型构建等效受控模型，并获取等效受控模型的频域幅值与观测带宽的第一函数关系；
[0009]获取频域幅值指标，并根据第一函数关系与频域幅值指标对观测带宽进行参数整定，得到定参观测模型；
[0010]获取频率响应指标，并根据频率响应指标对总控制模型进行参数整定，得到定参总控制模型；
[0011]当接收到目标状态指令时，根据目标状态指令获取飞行器的目标状态信息，并获取飞行器当前时刻的飞行姿态；
[0012]将目标状态信息及当前时刻的飞行姿态输入至定参总控制模型以获取虚拟控制指令，并将虚拟控制指令及当前时刻的飞行姿态输入至定参观测模型以获取飞行控制指令；
[0013]基于飞行控制指令及动力模型控制飞行器进行飞行姿态调整。
[0014]在一些实施方式中，根据飞行器构建动力模型，包括：
[0015]根据飞行器的机身质量、飞行器所处环境的空气阻力系数、飞行器所受到的风力扰动以及预设的输入增益构建初始动力模型；
[0016]根据风力扰动与初始动力模型的系统扰动确定初始动力模型的总扰动，并根据输入增益与总扰动构建动力模型。
[0017]在一些实施方式中，根据飞行器构建观测模型，包括：
[0018]设置观测器，观测器以观测带宽对当前时刻的飞行姿态及总扰动进行观测，并根据观测结果输出扰动补偿；
[0019]设置补偿器，补偿器用于根据扰动补偿、虚拟控制指令、以及预设的增益补偿生成飞行控制指令，以使动力模型根据飞行控制指令控制飞行器进行飞行姿态调整；
[0020]根据观测器与补偿器构建观测模型。
[0021]在一些实施方式中，等效受控模型包括动态模型与标称模型，动态模型用于根据虚拟控制指令生成动态指令，标称模型用于根据动态指令调整飞行器的飞行姿态；
[0022]获取等效控制模型的频域幅值与观测带宽的第一函数关系，包括：
[0023]基于等效受控模型的构建过程获取动态模型的频域幅值与观测带宽的第二函数关系，以及标称模型的频域幅值与观测带宽的第三函数关系；
[0024]根据第二函数关系与第三函数关系确定第一函数关系。
[0025]在一些实施方式中，频域幅值指标包括工作性能指标与抗扰性能指标；
[0026]根据第一函数关系与频域幅值指标对观测带宽进行参数整定，得到定参观测模型，包括：
[0027]根据预设的第一频域幅值约束以及工作性能指标确定观测带宽的第一待定范围；
[0028]根据预设的第二频域幅值约束以及抗扰性能指标确定观测带宽的第二待定范围；
[0029]根据第一待定范围与第二待选范围确定整定后的观测带宽，得到定参观测模型。
[0030]在一些实施方式中，根据飞行器构建总控制模型，包括：
[0031]构建预测控制模型，预测控制模型用于根据当前时刻的飞行姿态与目标状态信号预测飞行器在预测时域内的飞行姿态预测序列，并根据飞行姿态预测序列生成在控制时域内的虚拟控制指令序列，虚拟控制指令序列包括与控制时域内多个时刻分别对应的待选虚拟指令；
[0032]根据预测控制模型构建总控制模型，其中，总控制模型以控制指令序列中最前时刻对应的待选虚拟指令作为虚拟控制指令。
[0033]在一些实施方式中，根据预测控制模型构建总控制模型，包括：
[0034]根据柔化因子建立柔化序列，并根据柔化序列以及预测状态序列建立响应评价函数；
[0035]根据控制状态序列与加权因子建立控制量评价函数；
[0036]根据响应评价函数与控制量评价函数建立预测控制模型对应的预测控制评价函数；
[0037]确定总控制模型以使控制评价函数输出的评价参数处于预设的评价参数范围。
[0038]在一些实施方式中，根据频率响应指标对总控制模型进行参数整定，得到定参总控制模型，包括：
[0039]根据总控制模型与等效控制模型构建开环频率曲线模型，并将若干个模型参数组输入开环频率曲线模型以获取与模型参数组对应的开环频率曲线，其中，每一模型参数组至少包括预测时域、控制时域、柔化因子、以及加权因子；
[0040]根据频率响应指标与开环频率曲线从多个对应的模型参数组中确定目标参数组；
[0041]根据目标参数组对应的预测时域、控制时域、柔化因子、以及加权因子对总控制模型进行参数整定，获得定参总控制模型。
[0042]在一些实施方式中，频率响应指标包括稳定性能约束指标、输出扰动性能指标约束指标、以及输入扰动性能约束指标；
[0043]根据频率响应指标与开环频率曲线从多个对应的模型参数组中确定目标参数组，包括：
[0044]根据预设的稳定性能指标计算公式计算开环频率曲线的稳定性能指标；
[0045]根据预设的输出扰动性能指标计算公式计算开环频率曲线的输出扰动性能指标；
[0046]根据预设的输入扰动性能指标计算公式计算开环频率曲线的输入扰动性能指标；
[0047]在若干个模型参数组中确定目标参数组，以使稳定性能指标小于等于稳定性能约束指标、输出扰动性能指标小于等于输出扰动性能约束指标、且输入扰动性能指标小于等于输入扰动性能约束指标。
[0048]第二方面，本申请还提供一种飞行器，飞行器与控制设备通信连接，飞行器包括：
[0049]机身；
[0050]机臂，连接于机身相连；
[0051]动力组件，设置于机臂，用于为飞行器提供飞行动力；
[0052]存储器，用于存储计算机程序；及
[0053]处理器，用于调取存储在存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器控制方法，应用于飞行器，其特征在于，所述方法包括：根据所述飞行器构建动力模型、观测模型、及总控制模型，所述观测模型包括待进行参数整定的观测带宽；基于所述动力模型以及观测模型构建等效受控模型，并获取所述等效受控模型的频域幅值与所述观测带宽的第一函数关系；获取频域幅值指标，并根据所述第一函数关系与所述频域幅值指标对所述观测带宽进行参数整定，得到定参观测模型；获取频率响应指标，并根据所述频率响应指标对所述总控制模型进行参数整定，得到定参总控制模型；当接收到目标状态指令时，根据所述目标状态指令获取所述飞行器的目标状态信息，并获取所述飞行器当前时刻的飞行姿态；将所述目标状态信息及所述当前时刻的飞行姿态输入至所述定参总控制模型以获取虚拟控制指令，并将所述虚拟控制指令及所述当前时刻的飞行姿态输入至所述定参观测模型以获取飞行控制指令；基于所述飞行控制指令及所述动力模型控制所述飞行器进行飞行姿态调整。2.如权利要求1所述的飞行器控制方法，其特征在于，所述根据所述飞行器构建动力模型，包括：根据所述飞行器的机身质量、所述飞行器所处环境的空气阻力系数、所述飞行器所受到的风力扰动以及预设的输入增益构建初始动力模型；根据所述风力扰动与所述初始动力模型的系统扰动确定所述初始动力模型的总扰动，并根据预估增益与所述总扰动构建所述动力模型。3.如权利要求2所述的飞行器控制方法，其特征在于，所述根据所述飞行器构建观测模型，包括：设置观测器，所述观测器以所述观测带宽对当前时刻的飞行姿态及所述总扰动进行观测，并根据观测结果输出扰动补偿；设置补偿器，所述补偿器用于根据所述扰动补偿、所述虚拟控制指令、以及预设的增益补偿生成飞行控制指令，以使所述动力模型根据所述飞行控制指令控制所述飞行器进行飞行姿态调整；根据所述观测器与所述补偿器构建所述观测模型。4.如权利要求1所述的飞行器控制方法，其特征在于，所述等效受控模型包括动态模型与标称模型，所述动态模型用于根据所述虚拟控制指令生成动态指令，所述标称模型用于根据所述动态指令调整所述飞行器的飞行姿态；所述获取所述等效控制模型的频域幅值与所述观测带宽的第一函数关系，包括：基于所述等效受控模型的构建过程获取所述动态模型的频域幅值与所述观测带宽的第二函数关系，以及所述标称模型的频域幅值与所述观测带宽的第三函数关系；根据所述第二函数关系与所述第三函数关系确定所述第一函数关系。5.如权利要求4所述的飞行器控制方法，其特征在于，所述频域幅值指标包括工作性能指标与抗扰性能指标；所述根据所述第一函数关系与所述频域幅值指标对所述观测带宽进行参数整定，得到
定参观测模型，包括：根据预设的第一频域幅值约束以及所述工作性能指标确定所述观测带宽的第一待定范围；根据预设的第二频域幅值约束以及所述抗扰性能指标确定所述观测带宽的第二待定范围；根据所述第一待定范围与所述第二待选范围确定整定后的所述观测带宽，得到所述定参观测模型。6.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：程赟，杜宇笙，李昂，范云雷，袁银龙，戴凌宇，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：