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专利号: 2023111610170
申请人: 华东交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,所述可重构无人机包括重构控制器、设置在姿态环的BSTSMC控制器以及与所述BSTSMC控制器连接的扩张状态观测器;所述控制方法包括:重构控制器根据接收的重构信号对所述可重构无人机进行重构,其中,当某一机臂变形时,所述可重构无人机的最小限制角度的表达式为: ,当相邻的两个机臂组合变形以及任意三个或全部机臂进行变形时,所述可重构无人机的最大限制角度的表达式为: ,式中, 、 分别为无人机重构时机臂旋转的最小限制角度和最大限制角度, 为连杆与电机的连接点到桨叶根部的距离, 为旋翼直径, 为机体对角长度, 为机臂长度;

扩张状态观测器获取重构后的所述可重构无人机的姿态变化信息,并根据所述姿态变化信息对所述可重构无人机的姿态进行实时补偿;

BSTSMC控制器获取实时补偿后的姿态控制信号,根据所述姿态控制信号对所述可重构无人机的姿态进行实时调节,所述BSTSMC控制器的表达式为:,

式中, 为总控制量, 为基于反步法的控制量, 为超螺旋控制算法的控制量,为一组可调增益, 为扩张状态观测器观测到的各通道总扰动, 为期望值和反馈值的误差, 为期望值, 为误差微分增益, 为误差的微分, 为滑模面增益,为滑模面, 为超螺旋系数, 为符号函数, 为超螺旋系数,为当前运行时间。

2.根据权利要求1所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,当对角的两个机臂组合变形时,所述可重构无人机的最大限制角度的表达式为:。

3.根据权利要求1所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,其中,所述扩张状态观测器的表达式为:,

式中, 为第 时刻跟踪误差, 为第 时刻滚转通道的跟踪反馈量,为第 时刻滚转通道的跟踪反馈量, 为第 时刻无人机滚转角,为观测器步长, 为第 时刻滚转通道的跟踪反馈量的微分, 为第时刻滚转通道的跟踪反馈量的微分, 为第 时刻滚转通道的扰动观测量,为第 时刻滚转通道的扰动观测量, 、 、 均为观测器可调增益,为系数是0.5时的非线性函数, 为输出反馈增益, 为第 时刻滚转通道的控制器输出量, 为系数是0.25时的非线性函数;

式中, 为系数是 时的非线性函数, 为自变量,为极小值,为符号函数。

4.根据权利要求1所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,所述姿态变化信息包括重心变化量和惯量变化量。

5.根据权利要求4所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,假设可重构无人机在重构前的几何中心为原点,则可重构无人机的重心变化量的表达式为:,

式中, 为重心偏移量, 为机身与舵机质量, 为机身重心到坐标原点的矢量, 为机臂、转子和旋翼的总力偶, 为机臂质量, 为电机质量,为旋翼质量, 为第 个机臂重心到坐标原点的矢量, 为第 个电机重心到坐标原点的矢量, 为第 个旋翼重心到坐标原点的矢量。

6.根据权利要求4所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,可重构无人机的机臂的惯量变化量的表达式为:,

式中, 为第1个机臂和第3个机臂重构后的惯量, 为绕y轴旋转矩阵, 为机臂不重构时的惯量, 为绕y轴旋转矩阵的转置, 为第2个机臂和第4个机臂重构后的惯量, 为绕x轴旋转矩阵, 为绕x轴旋转矩阵的转置;

其中, ,

式中, 为第2个机臂和第4个机臂的旋转角的余弦值, 为第2个机臂和第4个机臂旋转角的正弦值;

式中, 为第1个机臂和第3个机臂的旋转角的余弦值, 为第1个机臂和第3个机臂的旋转角的正弦值。

7.根据权利要求1所述的一种基于连杆配置的可重构无人机的控制方法,其特征在于,所述重构控制器的表达式为:,

式中, 为第 个机臂的转动角速度, 为第 个独立变形通道的增益, 为第个机臂的期望角度, 为第 个机臂的当前角度。