巡检飞行机器人斜面起飞控制方法

摘要

本发明公开了飞行控制领域的一种巡检飞行机器人斜面起飞控制方法。其技术方案是，将斜面倾斜角度分为第一角度范围，第二角度范围和第三角度范围；并将巡检飞行机器人放在斜面上，并测量斜面角度值，确定斜面的角度范围；当测量斜面角度值属于第一角度范围和第二角度范围时，通过第一目标函数控制巡检飞行机器人姿态；当测量斜面角度值属于第三角度范围时，停止起飞；通过切换条件判断巡检飞行机器人是否转入悬停阶段；当满足切换条件，巡检飞行机器人转入悬停阶段，通过第二目标函数控制巡检飞行机器人姿态。本发明的有益效果是研究出了适合现场实际需求的斜面起飞方法，为巡检飞行机器人在实际环境中起飞奠定了基础。

主权项

一种巡检飞行机器人斜面起飞控制方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1：将倾斜角度分为第一角度范围0‑π/5，第二角度范围π/5‑π/3和第三角度范围π/3‑π/2；步骤2：将巡检飞行机器人放在斜面上，并测量斜面角度值，确定斜面的角度范围；步骤3：当测量斜面角度值属于第一角度范围和第二角度范围时，通过第一目标函数控制巡检飞行机器人姿态；当测量斜面角度值属于第三角度范围时，停止起飞；所述第一目标函数为：$\left\{\begin{array}{c}{\tau }_p=k_{\mathrm{pp}}{\theta }_e+k_{\mathrm{dp}}{\stackrel{·}{\theta }}_e\\ {\tau }_r=k_{\mathrm{pr}}{\alpha }_e+k_{\mathrm{dr}}{\stackrel{·}{\alpha }}_e\\ {\tau }_y=k_{\mathrm{py}}{\beta }_e+k_{\mathrm{dy}}{\stackrel{·}{\beta }}_e\\ T=k_{\mathrm{pz}}{h}_e+k_{\mathrm{dz}}{\stackrel{·}{h}}_e+{\omega }_0\end{array}\right.$其中，τ_p,τ_r,τ_y分别巡检飞行机器人的俯仰，偏航和滚转角；T代表需要的升力，ω₀为转子的速度；k_pp表示倾斜角控制的比例单元系数；k_dp代表倾斜角控制的微分单元系数；k_pr、k_py和k_pz分别表示偏航角、滚转角和升力控制的比例单元系数，k_dr、k_dy和k_dz分别表示偏航角、滚转角和升力控制的积分单元系数；h_e是巡检飞行机器人起飞阶段高度的偏差；θ_e为巡检飞行机器人沿Y轴旋转的角度与Y轴设定值旋转角度的偏差值；α_e为巡检飞行机器人沿X轴旋转的角度与X轴设定值旋转角度的偏差值；β_e为巡检飞行机器人沿Z轴旋转的角度与Z轴设定值旋转角度的偏差值；和表示对θ_e、α_e、β_e和h_e求导；步骤4：通过切换条件判断巡检飞行机器人是否转入悬停阶段；所述切换条件为：$\left\{\begin{array}{c}{\theta }_e\ge 0.01\\ {\alpha }_e\ge 0.01\\ {\beta }_e\ge 0.01\\ h_e+\mathrm{\Delta h}\ge 0.01\end{array}\right.$其中，h_e＝h‑z，h是起飞高度，且h＝sinθcosθ(r+d)，θ表示斜面倾斜角，d表示旋翼中心到巡检飞行机器人重心的距离，r表示巡检飞行机器人旋翼半径；z是巡检飞行机器人实时高度值；Δh为设定的高度增量；步骤5：当满足切换条件，巡检飞行机器人转入悬停阶段，并通过第二目标函数控制巡检飞行机器人姿态；当不满足切换条件时，返回步骤4；所述第二目标函数为：$\left\{\begin{array}{c}T=k_{\mathrm{pz}}{z}_e+k_{\mathrm{dz}}{\stackrel{·}{z}}_e+{\omega }_0\\ {\tau }_p=k_{\mathrm{pp}}{\theta }_e+k_{\mathrm{dp}}{\stackrel{·}{\theta }}_e\end{array}\right.$其中，Z_e是巡检飞行机器人高度的偏差，表示对Z_e求导。