【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行器控制，特别涉及一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法及系统。
技术介绍
1、倾转无人机具有较强的适应性，较高的能效比和稳定性，较长的飞行续航能力，能够在空中实现更为灵活的控制和运动。随着人们对无人机活动需求的日益增多，与无人机控制相关的领域受到了研究人员的广泛关注，无人机自主导航、航迹控制、路径跟踪以及动力定位等技术成为了控制领域研究的热点。解释性地，倾转无人机在各种飞行工况过程中，所受到的外界扰动主要来自于环境风、湍流等，其可以看作由一系列低频和高频的力、扭矩组成的扰动信号；由于无人机系统的低通特性，大部分的高频扰动扭矩可以滤除，而低频扰动扭矩具有光滑连续性和有界性的特点，需要及时采取控制策略进行飞行姿态维护。综上所述，倾转无人机控制的研究，不论是在理论上还是在实践中都具有极其重要的意义。
2、现有技术中，大多采用pid控制器（比例-积分-微分控制器，proportionintegration differentiation controller）进行倾转无人机控制，尚存在一些待解决的缺陷；具体解释性地，随着倾转无人机飞行过程中各工况状态的变化，倾转无人机的动态特性会发生改变，pid控制器通过调整比例、积分和微分三个参数来实现对系统的控制，然而pid控制器的性能会受到微分迟滞、积分引起的震荡以及饱和等因素的影响，导致参数调节的快速性和稳定性受到影响，控制器偏离最优工作状态，控制性能下降，最终无法实现无人机在倾转过程中的精确控制。原理解释性地，微分迟滞是指pid控制器在响应系统变化时存在的延迟，它
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本专利技术提供的技术方案，基于五态控制器对倾转无人机进行控制，能够实现倾转无人机在倾转过程中的精确控制，相比于现有基于pid控制器的控制方案，具有抗干扰能力强及鲁棒性强的优点，具有较好的应用前景。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术第一方面，提供一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，包括以下步骤：
4、获取待控制倾转无人机的飞行状态测量信息；其中，所述飞行状态测量信息包括倾转无人机的姿态角速度、姿态角和速度；
5、基于获取的飞行状态测量信息，得到倾转无人机的低频运动信息；其中，所述低频运动信息包括低通滤波降噪和换算处理后的姿态角速度、姿态角和速度；
6、获取速度指令，基于所述速度指令与所述低频运动信息中的速度的偏差，获得期望姿态角；
7、基于所述期望姿态角以及所述低频运动信息中的姿态角速度、姿态角，利用五态控制器判断所属工况并输出所属工况的控制指令；其中，所述控制指令用于控制倾转无人机的倾转执行机构来调整旋翼或螺旋桨的倾转角度和转速，以改变倾转无人机的升力和推力方向；所述五态控制器的控制思想为，在所述低频运动信息中的姿态角偏离设定值时，为倾转无人机施加反方向力矩，以使得姿态角回归到设定值附近预设范围。
8、本专利技术控制方法的进一步改进在于，
9、所述速度指令由外部输入，或根据倾转无人机的位置指令和位置信息计算获得。
10、本专利技术控制方法的进一步改进在于，
11、所述基于所述期望姿态角以及所述低频运动信息中的姿态角速度、姿态角，利用五态控制器判断所属工况并输出所属工况的控制指令的步骤包括：
12、所述低频运动信息中的姿态角，分别为滚转角、俯仰角、偏航角，期望姿态角，分别为期望滚转角、期望俯仰角、期望偏航角，姿态角误差，分别为滚转角误差、俯仰角误差、偏航角误差；
13、所述五态控制器根据姿态角误差以及姿态角误差变化率进行所属工况的判断，并根据姿态角误差以及姿态角误差变化率的正负符号，获得力矩的方向以及强弱。
14、本专利技术控制方法的进一步改进在于，
15、所述姿态角误差变化率的获取步骤包括：通过期望姿态角计算获得期望姿态角速度，将期望姿态角速度与所述低频运动信息中的姿态角速度作差，得到姿态角误差变化率。
16、本专利技术控制方法的进一步改进在于，
17、所述五态控制器根据姿态角误差以及姿态角误差变化率进行所属工况的判断的步骤包括：
18、若e≥0且，则控制器给出强加作用力指令；
19、若e＞0且，则控制器给出弱加作用力指令；
20、若e≤0且，则控制器给出强减作用力指令；
21、若e＜0且，则控制器给出弱减作用力指令；
22、若e=0且，则控制器给出保持作用力指令；
23、其中，e为姿态角误差，为姿态角误差变化率。
24、本专利技术第二方面，提供一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，包括：
25、信息获取模块，用于获取待控制倾转无人机的飞行状态测量信息；其中，所述飞行状态测量信息包括倾转无人机的姿态角速度、姿态角和速度；
26、信息处理模块，用于基于获取的飞行状态测量信息，得到倾转无人机的低频运动信息；其中，所述低频运动信息包括低通滤波降噪和换算处理后的姿态角速度、姿态角和速度；
27、期望姿态角获取模块，用于获取速度指令，基于所述速度指令与所述低频运动信息中的速度的偏差，获得期望姿态角；
28、控制模块，用于基于所述期望姿态角以及所述低频运动信息中的姿态角速度、姿态角，利用五态控制器判断所属工况并输出所属工况的控制指令；其中，所述控制指令用于控制倾转无人机的倾转执行机构来调整旋翼或螺旋桨的倾转角度和转速，以改变倾转无人机的升力和推力方向；所述五态控制器的控制思想为，在所述低频运动信息中的姿态角偏离设定值时，为倾转无人机施加反方向力矩，以使得姿态角回归到设定值附近预设范围。
29、本专利技术控制系统的进一步改进在于，
30、所述速度指令由外部输入，或根据倾转无人机的位置指令和位置信息计算获得。
31、本专利技术控制系统的进一步改进在于，
32、所述控制模块中，执行基于所述期望姿态角以及所述低频运动信息中的姿态角速度、姿态角，利用五态控制器判断所属工况并输出所属工况的控制指令的步骤包括：
33、所述低频运动信息中的姿态角，分别为滚转角、俯仰角、偏航角，期望姿态角，分别为期望滚转角、期望俯仰角、期望偏航角，姿态角误差，分别为滚转角误差、俯仰角误差、偏航角误差；
34、所述五态控制器根据姿态角误差以及姿态角误差变化率进行所属工况的判断，并根据姿态角误差以及姿态角误差变化率的正负符本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
6.一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，其特征在于，
8.根据权利要求6所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，其特征在于，
9.根据权利要求8所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，其特征在于，
10.根据权利要求8所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制系统，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求1所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的一种基于五态控制器的倾转无人机控制方法，其特征在于，
【专利技术属性】
技术研发人员：邱国廷，陈新民，韩业鹏，林跃，许丰瑞，
申请(专利权)人：宁波杭州湾新材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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