【摘要】：多旋翼飛行機(jī)器人具有良好的飛行穩(wěn)定性,受到了越來越多的關(guān)注.而在某些特殊應(yīng)用中,如:從較大飛行器上實(shí)施空投、瞬態(tài)失穩(wěn)恢復(fù)等,往往需要多旋翼飛行機(jī)器人從一個(gè)高度不穩(wěn)定的非零初始狀態(tài)安全、快速地切換到穩(wěn)定飛行模態(tài),這就是所謂的大范圍鎮(zhèn)定控制問題.解決該問題面臨的主要困難是如何在調(diào)節(jié)過程中避免飛行機(jī)器人進(jìn)入到輸入飽和區(qū),從而引起周期旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致系統(tǒng)完全失控.本文針對該問題,以四旋翼飛行機(jī)器人為例,詳細(xì)分析了控制輸入約束形式,并對6自由度模型進(jìn)行了適當(dāng)簡化,構(gòu)建了二維平面下考慮控制輸入約束的非線性動(dòng)力學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上,基于控制Lyapunov函數(shù)概念,提出了一種改進(jìn)的廣義逐點(diǎn)最小范數(shù)控制策略,構(gòu)建了輸入約束下的四旋翼飛行機(jī)器人大范圍鎮(zhèn)定控制器.該方法具有明確的解析控制結(jié)構(gòu),所設(shè)計(jì)的控制器滿足四旋翼飛行機(jī)器人的全部控制輸入約束.仿真結(jié)果表明,對比常規(guī)的線性化控制策略,該方法能在考慮控制約束的前提下避免控制器失效,實(shí)現(xiàn)四旋翼飛行機(jī)器人的大范圍漸進(jìn)穩(wěn)定.
[Abstract]:Multi-rotor flying robot has been paid more and more attention because of its good flight stability. However, in some special applications, such as aerial drop from a larger aircraft, transient instability recovery, etc., it is often necessary for a multi-rotor flying robot to switch quickly from a highly unstable non-zero initial state to a stable flight mode. This is called the problem of large-scale stabilization control. The main difficulty in solving this problem is how to avoid the flight robot entering the input saturation area in the course of adjustment, thus causing periodic rotation motion, resulting in the system completely out of control. In order to solve this problem, the control input constraint form is analyzed in detail, and the six degree of freedom model is appropriately simplified, and a nonlinear dynamic model with control input constraints in two-dimensional plane is constructed. On this basis, based on the concept of control Lyapunov function, an improved generalized point-by-point minimum norm control strategy is proposed, and a large-scale stabilization controller for a four-rotor flying robot with input constraints is constructed. The method has a clear analytical control structure, and the designed controller meets all the control input constraints of the four-rotor flying robot. The simulation results show that compared with the conventional linearization control strategy, the proposed method can avoid the failure of the controller and realize the asymptotic stability of the four-rotor flying robot on a large scale without considering the control constraints.
【作者單位】： 中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;中國科學(xué)院大學(xué);奧克蘭大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院;
【基金】：基于知識學(xué)習(xí)的多旋翼飛行機(jī)器人非零初始狀態(tài)控制方法研究(61273025) 非結(jié)構(gòu)環(huán)境下基于非精確信息描述的機(jī)器人自主規(guī)劃方法研究(61503369)資助~~
【分類號】：TP242

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1 本報(bào)記者 李淑Y，

本文編號：2152344