[發明專利]一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法在審
| 申請號： | 202010031591.4 | 申請日： | 2020-01-13 |
| 公開（公告）號： | CN111190440A | 公開（公告）日： | 2020-05-22 |
| 發明（設計）人： | 常樂;楊忠;許昌亮;徐浩;盧凱文;王少輝;李捷文 | 申請（專利權）人： | 南京航空航天大學 |
| 主分類號： | G05D1/10 | 分類號： | G05D1/10 |
| 代理公司： | 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204 | 代理人： | 柏尚春 |
| 地址： | 210016 江*** | 國省代碼： | 江蘇;32 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 懸掛 負載 空中 機器人 控制 方法 | ||
1.一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，包括以下步驟：
(1)根據懸掛負載空中機器人的機械結構，建立空中機器人的數學模型；
(2)對數學模型進行線性化處理，得到高度模型和擺動模型兩部分；
(3)根據高度模型，設計基于單層滑?？刂品椒ǖ母叨瓤刂破鬟M行高度控制；
(4)根據擺動模型，采用分層滑模控制方法設計抗擺控制器，實現抗擺控制；
(5)根據步驟(3)(4)中設計的滑?？刂破鞴逃械亩墩瓞F象，采用一種新型的厚度可變的邊界層法來抑制抖震現象。
2.根據權利要求1所述的一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，步驟(1)所述的數學模型為：
其中，{xQ,zQ}為空中機器人在慣性坐標系下xi,zi方向的坐標，α為負載的擺角；mQ為空中機器人的質量，mL為負載的質量；FX和FZ分別為空中機器人總升力在慣性坐標系的xi軸和zi軸方向的分力；g為重力加速度。
3.根據權利要求1所述的一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，步驟(2)所述的高度模型和擺動模型分別為：
其中，{xQ,zQ}為空中機器人在慣性坐標系下xi,zi方向的坐標，α為負載的擺角；mQ為空中機器人的質量，mL為負載的質量；FX和FZ分別為空中機器人總升力在慣性坐標系的xi軸和zi軸方向的分力；g為重力加速度。
4.根據權利要求1所述的一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，步驟(3)所述的高度控制器為：
其中，為設計的單層滑模面函數，其中ez＝zQ-zQd為高度誤差，zQd為期望高度位置，是給定的常數，c1為正的常數，適當的選擇c1的值可以得到期望的響應；K1為正的常數，適當的選擇K1的值可以得到較快的趨近速度。
5.根據權利要求1所述的一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，步驟(4)所述中抗擺控制器為：
其中，a1,a2為常數，ε2,K2均為正數；S＝a1s2+a2s3為第二層滑模面函數，其中為第一層滑模面函數，ex＝xQ-xQd，eα＝α-αd，xQd為期望位置，是給定的常數，αd為期望的擺角，即αd＝0，c2和c3為大于零的常數；其中f3(x)＝0，
6.根據權利要求1所述的一種懸掛負載空中機器人的抗擺控制方法，其特征在于，步驟(5)所述的厚度可變的邊界層法為：
用飽和函數sat(S)來代替符號函數sgn(S)，其中，Δ為邊界層厚度，Δ越小，控制精度越高，抖震越明顯；Δ越大，控制精度越低，抖震越??；可變邊界層厚度的表達式為：
其中，0＜Δ1＜Δ2，分別為最小和最大邊界層厚度，當系統誤差的絕對值小于設定的最小誤差emin時，邊界層厚度為Δ1；系統誤差的大于設定的最大誤差emax時，邊界層厚度為Δ2；在兩者之間則線性變化。
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