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专利号: 202411833956X
申请人: 佛山隆深机器人有限公司
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于无人直升机的跟踪控制方法,其特征在于,所述方法包括:获取目标直升机的偏航通道角速度信息和高度通道速度信息;

基于所述偏航通道角速度信息,生成偏航通道角速度环控制律信息,且基于所述高度通道速度信息,生成高度通道速度环控制律信息;

获取所述目标直升机的第一运动状态信息和目标拦截对象的第二运动状态信息;

基于所述第一运动状态信息和所述第二运动状态信息,生成所述目标直升机的期望位置信息;

根据所述偏航通道角速度环控制律信息、所述高度通道速度环控制律信息和所述期望位置信息,生成规划所得指令;

基于所述规划所得指令,控制所述目标直升机,其中,所述规划所得指令用于指示所述目标直升机进行空中拦截目标任务。

2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述获取目标直升机的偏航通道角速度信息和高度通道速度信息之前,所述方法还包括:获取所述目标直升机的刚体动力学模型和机身动力学模型,其中,所述刚体动力学模型为:,

式中, 为所述目标直升机在预设的机体坐标系下的加速度矢量信息, 为所述目标直升机在所述机体坐标系下的角速度矢量信息, 为所述目标直升机在所述机体坐标系下的速度矢量信息, 为所述目标直升机的所受合力信息, , 为所述目标直升机的机身沿机体坐标系的 轴所产生的阻力, 为所述目标直升机的机身沿机体坐标系的 轴所产生的阻力, 为所述目标直升机的机身沿机体坐标系的 轴所产生的阻力, 为所述目标直升机的质量, 为所述目标直升机的重力在所述机体坐标系下的投影, 为所述目标直升机在所述机体坐标系下的角加速度矢量信息,为所述目标直升机的惯性矩阵信息, 为所述目标直升机的力矩矢量信息, ;

基于所述刚体动力学模型,确定所述目标直升机的主旋翼动力学模型对应的分量集信息,以控制所述目标直升机的纵向挥舞角和横向挥舞角,其中,所述分量集信息包括拉力分量信息和力矩分量信息,所述拉力分量信息用于描述所述所受合力信息的分量集合,所述力矩分量信息用于描述所述力矩矢量信息的分量集合,所述拉力分量信息为:,

式中, 为所述主旋翼动力学模型在所述机体坐标系的X轴上对应的拉力分量信息,为所述目标直升机的主旋翼所产生的拉力, 为所述主旋翼对应的纵向挥舞角信息, 为所述主旋翼对应的横向挥舞角信息; 为所述主旋翼动力学模型在所述机体坐标系的Y轴上对应的拉力分量信息, 为所述主旋翼动力学模型在所述机体坐标系的Z轴上对应的拉力分量信息;

所述力矩分量信息为:

式中, 为所述主旋翼在横滚轴上对应的力矩分量信息, 为所述主旋翼的桨毂与所述目标直升机的重心之间的垂直距离信息, 为所述主旋翼的弹力系数信息, 为所述横滚轴上的所述力矩分量信息对应的一阶导数, 为所述主旋翼的时间常数信息,为所述主旋翼的滚转角速度信息,为所述目标直升机的俯仰角速度信息, 为所述主旋翼在俯仰轴上对应的力矩分量信息, 为所述俯仰轴上的所述力矩分量信息对应的一阶导数, 为所述主旋翼在偏航轴上对应的力矩分量信息,为空气密度信息, 为所述主旋翼的转速信息, 为所述主旋翼的半径信息,为所述主旋翼的叶片数信息,为所述主旋翼的弦长信息, 为所述主旋翼的实度信息, 为所述主旋翼的扭矩系数信息,所述扭矩系数信息为:,

式中, 为所述主旋翼的拉力系数信息, 为所述主旋翼的叶片阻力系数信息。

3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述偏航通道角速度信息包括参考偏航角速度信息和实际偏航角速度信息;所述基于所述偏航通道角速度信息,生成偏航通道角速度环控制律信息,且基于所述高度通道速度信息,生成高度通道速度环控制律信息,包括:获取参考角速度扩张状态向量信息和实际偏航角速度扩展状态估计向量信息,其中,所述参考角速度扩张状态向量信息为:,

式中, 为所述参考角速度扩张状态向量信息, 为所述目标直升机的所述参考偏航角速度信息, 为所述目标直升机的参考偏航角加速度信息;

所述实际偏航角速度扩展状态估计向量信息为:

式中, 为所述实际偏航角速度扩展状态估计向量信息,为所述目标直升机的所述实际偏航角速度信息,为所述目标直升机的实际偏航角加速度信息;

根据所述参考角速度扩张状态向量信息和所述实际偏航角速度扩展状态估计向量信息,生成偏航通道角速度环误差扩展向量信息,其中,所述偏航通道角速度环误差扩展向量信息为:,

式中, 为所述偏航通道角速度环误差扩展向量信息;

根据所述偏航通道角速度环误差扩展向量信息,生成偏航通道角速度环控制律信息,其中,所述偏航通道角速度环控制律信息为:,

式中, 为所述偏航通道角速度环控制律信息, 为预设的第一控制系数信息, 为预设的第一可调节参数信息, , 为偏航控制器系数信息, 为第一控制滤波信息, , 为滤波系数信息, 为传递函数中的复变量;

基于所述高度通道速度信息,生成高度通道速度环控制律信息。

4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述高度通道速度信息包括参考速度信息和实际速度信息;所述基于所述高度通道速度信息,生成高度通道速度环控制律信息,包括:获取参考速度扩张状态向量信息和实际速度扩展状态估计向量信息,其中,所述参考速度扩张状态向量信息为:,

式中, 为所述参考速度扩张状态向量信息, 为所述目标直升机的所述参考速度信息, 为所述目标直升机的参考加速度信息;

所述实际速度扩展状态估计向量信息为:

式中, 为所述实际速度扩展状态估计向量信息, 为所述目标直升机的所述实际速度信息, 为所述目标直升机的实际加速度信息;

根据所述参考速度扩张状态向量信息和所述实际速度扩展状态估计向量信息,生成高度通道速度环误差扩展向量信息,其中,所述高度通道速度环误差扩展向量信息为:,

式中, 为所述高度通道速度环误差扩展向量信息;

根据所述高度通道速度环误差扩展向量信息,生成高度通道速度环控制律信息,其中,所述高度通道速度环控制律信息为:,

式中, 为所述高度通道速度环控制律信息, 为预设的第二控制系数信息, 为预设的第二可调节参数信息, , 为高度控制器系数信息, 为第二控制滤波信息, , 为滤波系数信息。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述第一运动状态信息和所述第二运动状态信息,生成所述目标直升机的期望位置信息,包括:根据所述第一运动状态信息和所述第二运动状态信息,生成拦截误差信息,其中,所述第一运动状态信息为:,

式中, 为所述目标直升机在地面坐标系中的位置矢量信息, 为所述位置矢量信息的一阶导数,为所述目标直升机在地面坐标系中的速度矢量信息,为所述地面坐标系中的速度矢量信息对应的一阶导数,为所述目标直升机在地面坐标系中的加速度矢量信息;

所述第二运动状态信息为:

式中, 为所述目标拦截对象在地面坐标系中的位置矢量信息, 为所述目标拦截对象在地面坐标系中的速度矢量信息, 为所述目标拦截对象在地面坐标系中的加速度矢量信息;

所述拦截误差信息为:

式中, 为所述拦截误差信息,为当前时刻信息,为积分变量信息, 为所述目标直升机的直升机加速度信息, 为所述目标直升机的起飞时刻信息, 为所述目标拦截对象的目标加速度信息;

基于所述拦截误差信息,生成滚动优化约束信息,其中,所述滚动优化约束信息为:,

式中, 为第 次优化所得到的所述目标直升机对应的加速度信息,的取值范围为大于0的任意正整数, 为所述目标直升机的预测拦截时刻信息, 为所述目标直升机在惯性坐标系下的加速度,为方向矩阵信息,所述方向矩阵信息包括所述目标直升机沿所述惯性坐标系X轴的加速度、所述目标直升机沿所述惯性坐标系Y轴的加速度和所述目标直升机沿所述惯性坐标系Z轴的加速度, 为约束条件;

基于所述滚动优化约束信息,生成所述目标直升机的期望位置信息,其中,所述期望位置信息为:,

式中, 为所述期望位置信息。

6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,在根据所述偏航通道角速度环控制律信息、所述高度通道速度环控制律信息和所述期望位置信息,生成规划所得指令之前,所述方法还包括:获取偏航通道角度信息和高度通道位置信息;

根据所述偏航通道角度信息和所述偏航通道角速度信息,生成第一关系信息,其中,所述第一关系信息用于描述所述偏航通道角度信息与所述偏航通道角速度信息之间的关系,所述第一关系信息为:,

式中, 为所述偏航通道角度信息的一阶导数,为所述偏航通道角度信息, 为预设的第一已知模型函数, ,为所述目标直升机的俯仰角速度信息,为所述偏航通道角速度信息,为所述目标直升机的滚转角信息,为所述目标直升机的俯仰角信息;

基于所述第一关系信息,生成偏航通道角度环跟踪误差信息,其中,所述偏航通道角度环跟踪误差信息为:,

式中, 为所述偏航通道角度环跟踪误差信息, 为所述目标直升机的期望偏航角信息;

根据所述偏航通道角度环跟踪误差信息、所述滚转角信息和所述俯仰角信息,生成极点配置控制律信息,其中,所述极点配置控制律信息为:,

式中, 为所述极点配置控制律信息, 为预设的第一控制参数信息, 为所述目标直升机的期望偏航角速度信息;

根据所述高度通道位置信息和所述高度通道速度信息,生成第二关系信息,其中,所述第二关系信息用于描述所述高度通道位置信息和所述高度通道速度信息之间的关系,所述第二关系信息为:,

式中, 为所述第二关系信息, 为所述高度通道位置信息, 为预设的第二已知模型函数, 为 , 所述高度通道速度信息,为控制量;

基于所述第二关系信息,生成高度通道跟踪误差信息,其中,所述高度通道跟踪误差信息为:,

式中, 为所述高度通道跟踪误差信息, 为所述目标直升机的期望高度信息;

根据所述高度通道跟踪误差信息、所述滚转角信息和所述俯仰角信息,生成极点配置控制器信息,其中,所述极点配置控制器信息为:,

式中, 为所述极点配置控制器信息, 为预设的第二控制参数信息, 为预估高度速度误差信息;

相应地,所述根据所述偏航通道角速度环控制律信息、所述高度通道速度环控制律信息和所述期望位置信息,生成规划所得指令,包括:根据所述偏航通道角速度环控制律信息、所述高度通道速度环控制律信息、所述极点配置控制律信息、所述极点配置控制器信息和所述期望位置信息,生成规划所得指令。

7.一种基于无人直升机的跟踪控制系统,其特征在于,所述系统包括:偏航通道角度信息获取模块:用于获取目标直升机的偏航通道角速度信息和高度通道速度信息;

控制律信息生成模块:用于基于所述偏航通道角速度信息,生成偏航通道角速度环控制律信息,且基于所述高度通道速度信息,生成高度通道速度环控制律信息;

运动状态信息获取模块:用于获取所述目标直升机的第一运动状态信息和目标拦截对象的第二运动状态信息;

期望位置信息生成模块:用于基于所述第一运动状态信息和所述第二运动状态信息,生成所述目标直升机的期望位置信息;

规划所得指令生成模块:用于根据所述偏航通道角速度环控制律信息、所述高度通道速度环控制律信息和所述期望位置信息,生成规划所得指令;

目标直升机控制模块:用于基于所述规划所得指令,控制所述目标直升机,其中,所述规划所得指令用于指示所述目标直升机进行空中拦截目标任务。

8.根据权利要求7所述的系统,其特征在于,所述期望位置信息生成模块包括:拦截误差信息生成子模块:用于根据所述第一运动状态信息和所述第二运动状态信息,生成拦截误差信息;

滚动优化约束信息生成子模块:用于基于所述拦截误差信息,生成滚动优化约束信息;

期望位置信息生成子模块:用于基于所述滚动优化约束信息,生成所述目标直升机的期望位置信息。

9.一种终端设备,包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述方法的步骤。