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公开(公告)号：CN116339387A
公开(公告)日：2023-06-27
申请号：CN202310597276.1
申请日：2023-05-25
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05D1/10
摘要： 本发明提供一种狭小空间复杂紊流影响下无人机安全距离保持方法，以解决无人机在狭小空间执行作业任务时气流干扰对其安全避障的影响，包括：首先进行狭小空间紊流效应的深耦合建模；然后构建包含气流扰动的无人机运动和动力学模型，并根据深耦合干扰模型设计紊流观测器；其次建立无人机安全飞行走廊，并基于控制障碍函数理论和带有扰动信息的无人机模型将欧式距离约束变换为与无人机升力有关的安全约束；最后针对无人机轨迹跟踪性能和安全避障需求设计非线性模型预测控制器，求解无人机在未来一段飞行时间中最优的期望升力和角速度。本发明能够显著改善无人机在复杂干扰下自主安全避障的性能，可用于地下综合管廊、电力隧道的特种作业任务。
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公开(公告)号：CN116300668A
公开(公告)日：2023-06-23
申请号：CN202310603127.1
申请日：2023-05-26
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05B19/042
摘要： 本发明提供一种针对降雨干扰的四旋翼无人机分层抗干扰控制方法，以解决无人机在降雨环境下执行器效率损失导致的升力不足以及轨迹飞行精度降低的问题。首先针对不同强度降雨的冲击力构建基于无人机的降雨干扰模型，然后在此基础上结合无人机的基本动力学模型构建基于无人机的降雨动力学模型。其次在无人机控制方面，利用干扰观测器、滑模控制相关理念与经验，合理地选取非线性干扰观测器的参数，并在此基础上设计针对降雨干扰的滑模控制律。本发明基于复合分层抗干扰控制方法，能够显著改善无人机在降雨环境下的飞行品质以及轨迹飞行精度，可用于风雨恶劣环境下的应急救援、交通指挥、航拍测绘等作业任务。
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公开(公告)号：CN118244791B
公开(公告)日：2024-07-26
申请号：CN202410683933.9
申请日：2024-05-30
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05D1/495 , G05D1/46 , G05D101/10
摘要： 本发明提供一种复杂气象条件下无人飞行器安全自驾仪系统设计方法，属于飞行机器人规划领域，以解决无人飞行器在复杂场景下机动飞行时轨迹跟踪精度降低的问题。首先，该系统将无人飞行器控制器、控制输出饱和与无人飞行器开环动力学模型结合，构成完整的闭环动力学模型。其次，考虑跟踪控制的精确性和快速性，并在约束中考虑控制饱和约束，构建最优控制问题以实时优化轨迹的时间参数。最后，系统将优化后的时间参数应用于原始轨迹构成新的局部松弛轨迹，以实现在特定场景下使轨迹跟踪偏向快速性或精确性。本发明为当前飞行器在执行最短时间任务等大机动飞行任务时，根据场景需求自适应快速性与精确性的问题提供了新的解决方法。
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公开(公告)号：CN118244791A
公开(公告)日：2024-06-25
申请号：CN202410683933.9
申请日：2024-05-30
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05D1/495 , G05D1/46 , G05D101/10
摘要： 本发明提供一种复杂气象条件下无人飞行器安全自驾仪系统设计方法，属于飞行机器人规划领域，以解决无人飞行器在复杂场景下机动飞行时轨迹跟踪精度降低的问题。首先，该系统将无人飞行器控制器、控制输出饱和与无人飞行器开环动力学模型结合，构成完整的闭环动力学模型。其次，考虑跟踪控制的精确性和快速性，并在约束中考虑控制饱和约束，构建最优控制问题以实时优化轨迹的时间参数。最后，系统将优化后的时间参数应用于原始轨迹构成新的局部松弛轨迹，以实现在特定场景下使轨迹跟踪偏向快速性或精确性。本发明为当前飞行器在执行最短时间任务等大机动飞行任务时，根据场景需求自适应快速性与精确性的问题提供了新的解决方法。
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公开(公告)号：CN116339387B
公开(公告)日：2023-08-22
申请号：CN202310597276.1
申请日：2023-05-25
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05D1/10
摘要： 本发明提供一种狭小空间复杂紊流影响下无人机安全距离保持方法，以解决无人机在狭小空间执行作业任务时气流干扰对其安全避障的影响，包括：首先进行狭小空间紊流效应的深耦合建模；然后构建包含气流扰动的无人机运动和动力学模型，并根据深耦合干扰模型设计紊流观测器；其次建立无人机安全飞行走廊，并基于控制障碍函数理论和带有扰动信息的无人机模型将欧式距离约束变换为与无人机升力有关的安全约束；最后针对无人机轨迹跟踪性能和安全避障需求设计非线性模型预测控制器，求解无人机在未来一段飞行时间中最优的期望升力和角速度。本发明能够显著改善无人机在复杂干扰下自主安全避障的性能，可用于地下综合管廊、电力隧道的特种作业任务。
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公开(公告)号：CN116330300B
公开(公告)日：2023-08-22
申请号：CN202310602936.0
申请日：2023-05-26
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： B25J9/16
摘要： 本发明提供一种面向动态目标捕获的飞行机械臂运动轨迹计算方法，目标是协调规划无人机与机械臂的运动轨迹，实现对动态目标的飞行捕获，以及利用系统的冗余自由度特性，完成额外的任务指标并满足系统状态约束。为此，首先根据目标的当前位置测量值，利用卡尔曼滤波预测其未来一段时域内的轨迹。其次，将轨迹预测值作为参考信号，利用线性模型预测控制，计算飞行机械臂末端的期望加速度。随后，建立各个任务目标矢量与飞行机械臂关节矢量间的映射关系，并构造任务代价函数；最后，利用二次规划求解任务代价函数，根据末端的期望加速度计算飞行机械臂的各个关节的运动轨迹，实现飞行机械臂的协调运动。本发明能够协调规划飞行机械臂的运动轨迹。
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公开(公告)号：CN116300668B
公开(公告)日：2023-08-08
申请号：CN202310603127.1
申请日：2023-05-26
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： G05B19/042
摘要： 本发明提供一种针对降雨干扰的四旋翼无人机分层抗干扰控制方法，以解决无人机在降雨环境下执行器效率损失导致的升力不足以及轨迹飞行精度降低的问题。首先针对不同强度降雨的冲击力构建基于无人机的降雨干扰模型，然后在此基础上结合无人机的基本动力学模型构建基于无人机的降雨动力学模型。其次在无人机控制方面，利用干扰观测器、滑模控制相关理念与经验，合理地选取非线性干扰观测器的参数，并在此基础上设计针对降雨干扰的滑模控制律。本发明基于复合分层抗干扰控制方法，能够显著改善无人机在降雨环境下的飞行品质以及轨迹飞行精度，可用于风雨恶劣环境下的应急救援、交通指挥、航拍测绘等作业任务。
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公开(公告)号：CN116301009A
公开(公告)日：2023-06-23
申请号：CN202310597501.1
申请日：2023-05-25
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
摘要： 本发明提供一种变构型无人机的抗干扰安全控制方法，涉及无人机控制领域，以解决变构型无人机大倾角飞行时，气动中心与质心的偏差诱导产生的力矩干扰的影响，以及发生碰撞时的柔顺控制问题。本发明能够实现位置与姿态运动的解耦飞行，包括根据无人机动力分布结构设计动态控制分配策略，并将舵机伺服作为控制分配的一部分，减少求解控制分配矩阵的难度；根据时域干扰观测器理论，设计力矩干扰观测器，将干扰估计补偿到控制器中提高控制精度；将导纳控制器的输出补偿到姿态指令中，引导无人机在碰撞时自适应地调整姿态。本发明实时性好，控制效率高，能够减小姿态跟踪误差，缓解飞行中的持续碰撞，适用于灾后狭小建筑物内搜救等任务。
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公开(公告)号：CN116301009B
公开(公告)日：2023-08-22
申请号：CN202310597501.1
申请日：2023-05-25
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
摘要： 本发明提供一种变构型无人机的抗干扰安全控制方法，涉及无人机控制领域，以解决变构型无人机大倾角飞行时，气动中心与质心的偏差诱导产生的力矩干扰的影响，以及发生碰撞时的柔顺控制问题。本发明能够实现位置与姿态运动的解耦飞行，包括根据无人机动力分布结构设计动态控制分配策略，并将舵机伺服作为控制分配的一部分，减少求解控制分配矩阵的难度；根据时域干扰观测器理论，设计力矩干扰观测器，将干扰估计补偿到控制器中提高控制精度；将导纳控制器的输出补偿到姿态指令中，引导无人机在碰撞时自适应地调整姿态。本发明实时性好，控制效率高，能够减小姿态跟踪误差，缓解飞行中的持续碰撞，适用于灾后狭小建筑物内搜救等任务。
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公开(公告)号：CN116330300A
公开(公告)日：2023-06-27
申请号：CN202310602936.0
申请日：2023-05-26
申请人： 北京航空航天大学杭州创新研究院 , 咸亨国际(杭州)航空自动化有限公司
IPC分类号： B25J9/16
摘要： 本发明提供一种面向动态目标捕获的飞行机械臂运动轨迹计算方法，目标是协调规划无人机与机械臂的运动轨迹，实现对动态目标的飞行捕获，以及利用系统的冗余自由度特性，完成额外的任务指标并满足系统状态约束。为此，首先根据目标的当前位置测量值，利用卡尔曼滤波预测其未来一段时域内的轨迹。其次，将轨迹预测值作为参考信号，利用线性模型预测控制，计算飞行机械臂末端的期望加速度。随后，建立各个任务目标矢量与飞行机械臂关节矢量间的映射关系，并构造任务代价函数；最后，利用二次规划求解任务代价函数，根据末端的期望加速度计算飞行机械臂的各个关节的运动轨迹，实现飞行机械臂的协调运动。本发明能够协调规划飞行机械臂的运动轨迹。
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