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公开(公告)号：CN116142454A
公开(公告)日：2023-05-23
申请号：CN202310180713.X
申请日：2023-02-28
Applicant: 南开大学
Abstract: 本发明提出了一种飞行双臂系统的质心补偿控制方法及系统，涉及非线性欠驱动机电系统自动控制技术领域，根据测量的双臂几何参数，建立机械臂运动学模型；利用质点系的动量定理，建立无人机动力学模型；设计扰动观测器，构建非线性扰动补偿控制器；实时获取飞行双臂系统的状态反馈信号，利用非线性扰动补偿控制器，计算将无人机精确定位到目标位置的控制信号，完成无人机的精确定位；本发明利用动量定理在不进行任何线性化操作的情况下建立无人机的动力学模型，设计扰动观测器对无人机所受影响进行准确估计，在解决双臂的存在及其运动对无人机产生的影响的基础上，提高了飞行双臂系统的定位精度，从而实现对飞行双臂系统进行了有效、安全的控制。
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公开(公告)号：CN108445898B
公开(公告)日：2021-03-09
申请号：CN201810453516.X
申请日：2018-05-14
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种基于微分平坦特性的四旋翼无人飞行器系统运动规划方法。本发明针对旋翼飞行器系统提出了一种新颖的运动规划方法，能够得到起始点与目标点之间路径最短的飞行器轨迹，提出了更加契合实际复杂环境的“曲线隧道”概念，并对预设中间点的时间分配进行了优化。首先建立完整的系统运动学及动力学模型，证明其微分平坦特性，将系统输入与状态用平坦输出及其导数表示。随后考虑飞行器位置、速度、加速度、轨迹连续性等约束对平坦输出进行规划，将问题转化为标准的非线性规划问题。最后，还引入中间点时刻作为新的优化参数进行优化，得到了时间分配最优下的四旋翼飞行轨迹。本发明不需线性化操作，得到加速度连续的轨迹，防止了电机受损。
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公开(公告)号：CN108445898A
公开(公告)日：2018-08-24
申请号：CN201810453516.X
申请日：2018-05-14
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种基于微分平坦特性的四旋翼无人飞行器系统运动规划方法。本发明针对旋翼飞行器系统提出了一种新颖的运动规划方法，能够得到起始点与目标点之间路径最短的飞行器轨迹，提出了更加契合实际复杂环境的“曲线隧道”概念，并对预设中间点的时间分配进行了优化。首先建立完整的系统运动学及动力学模型，证明其微分平坦特性，将系统输入与状态用平坦输出及其导数表示。随后考虑飞行器位置、速度、加速度、轨迹连续性等约束对平坦输出进行规划，将问题转化为标准的非线性规划问题。最后，还引入中间点时刻作为新的优化参数进行优化，得到了时间分配最优下的四旋翼飞行轨迹。本发明不需线性化操作，得到加速度连续的轨迹，防止了电机受损。
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公开(公告)号：CN110579969B
公开(公告)日：2022-09-30
申请号：CN201911010696.5
申请日：2019-10-23
Applicant: 南开大学
IPC: G05B13/04
Abstract: 一种用于双无人机协同吊运棒状刚体负载的控制方法。针对平面内双无人机协同吊运系统，提出一种建模与控制方法。首先使用拉格朗日建模方法建立了完整的系统动力学模型，分析了两台旋翼无人机与负载的相对运动学关系。在所建立模型的基础上，使用李雅普诺夫方法进行控制器的设计，并结合拉塞尔不变性原理进行外环稳定性分析，随后得出期望平衡点是渐近稳定的结论。该控制方案能够防止无人机之间相互碰撞，平稳完成吊运任务，实现定点悬停，并抑制负载的摆动。实验结果表明，本发明能够完成控制目标，保证两台无人机在各自期望的范围内飞行，且对负载摆动有很好的抑制作用。
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公开(公告)号：CN113359427B
公开(公告)日：2022-09-06
申请号：CN202110799601.3
申请日：2021-07-15
Applicant: 南开大学
IPC: G05B11/42
Abstract: 本公开提供了多无人机协同飞行吊运系统及定位消摆控制方法，包括：获取系统状态的测量值；构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数；根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的前馈补偿；基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器；结合控制器形式利用系统状态的测量值得到输入信号；在上述控制输入信号的驱动下，完成各飞行器定位与负载摆动消除的目标，实现多无人机协同飞行吊运；提升消摆控制效果；根据所述非线性控制方法，得到的状态反馈控制器能够实现飞行器定位与负载消摆的双重目标，提升飞行器吊运系统的载重能力以及多个飞行器之间飞行的协调性与安全性，以及提高系统的实际性能。
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Patent Agency Ranking
公开(公告)号：CN113031655B
公开(公告)日：2022-05-03
申请号：CN202110308177.8
申请日：2021-03-23
Applicant: 南开大学
Abstract: 本发明提供了一种伴有负载升降的飞行吊运系统及其控制方法，对飞行吊运系统进行建模，构造系统的储能函数；基于储能函数构造非线性控制器，所述非线性控制器被配置为以无人机定位和吊绳绳长调节与负载摆动消除的双重目标为控制目标；根据无人机位姿以及负载摆动状况的测量值，结合非线性控制器结构，确定非线性控制器的实际输入信号；基于实际输入信号，所述非线性控制器进行无人机定位和绳长调节与负载摆动消除。本发明实现无人机的位置和绳长的跟踪以及负载摆动的消除，能够使飞行吊运系统适用于更复杂的场景。
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公开(公告)号：CN113359427A
公开(公告)日：2021-09-07
申请号：CN202110799601.3
申请日：2021-07-15
Applicant: 南开大学
IPC: G05B11/42
Abstract: 本公开提供了多无人机协同飞行吊运系统及定位消摆控制方法，包括：获取系统状态的测量值；构造多无人机协同飞行吊运系统的储能函数；根据飞行器和负载在平衡点稳定后的受力关系获得系统的前馈补偿；基于储能函数和前馈补偿设计非线性控制器；结合控制器形式利用系统状态的测量值得到输入信号；在上述控制输入信号的驱动下，完成各飞行器定位与负载摆动消除的目标，实现多无人机协同飞行吊运；提升消摆控制效果；根据所述非线性控制方法，得到的状态反馈控制器能够实现飞行器定位与负载消摆的双重目标，提升飞行器吊运系统的载重能力以及多个飞行器之间飞行的协调性与安全性，以及提高系统的实际性能。
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公开(公告)号：CN112859895A
公开(公告)日：2021-05-28
申请号：CN202110036731.1
申请日：2021-01-12
Applicant: 南开大学
Abstract: 一种面向拉力优化和动态过程设计的双无人机吊运系统载荷重分配方法，属于机电系统控制领域。该方法包括：首先通过构建拉力优化指标，从而确定系统的最终状态。其次，在载荷动态调整过程中，充分考虑任务约束、安全约束以及驱动器约束，保证整个系统能够平稳、快速地到达期望状态。实验结果表明，所提方案能够快速、高效完成载荷重分配任务。
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公开(公告)号：CN111176318A
公开(公告)日：2020-05-19
申请号：CN202010084607.8
申请日：2020-02-10
Applicant: 南开大学
Abstract: 本发明公开了一种面向消除稳态误差的飞行吊运系统定位消摆方法及系统，属于机电系统控制领域。该方法包括：根据系统三维空间的非线性模型，无需线性化与其他简化操作，提出了一种新颖的非线性状态反馈控制方法，其中所构造的积分项可消除实际飞行中的稳态误差。此外，此方法兼顾了驱动约束和负载摆动动态，在避免饱和问题的同时加快了摆动的抑制。实验结果表明，与现有方法相比，所提控制方案在摆动抑制和飞行器定位等方面具有更好的暂态性能。
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公开(公告)号：CN108319281A
公开(公告)日：2018-07-24
申请号：CN201810013743.0
申请日：2018-01-08
Applicant: 南开大学
CPC classification number: G05D1/0808 , G05D1/101
Abstract: 一种基于时间最优的旋翼飞行器吊运系统运动规划方法，能够得到时间最优的飞行器定位与负载消摆轨迹，属于非线性欠驱动机电系统自动控制领域。首先建立完整的系统动力学模型，随后将系统表达为以加加速度为输入的非线性仿射形式。在离散化和近似化处理之后，可以将原本的时间最优运动规划问题转化为标准的非线性规划问题，这一过程中考虑负载摆动、飞行器速度、加速度、加加速度等各种约束。最后，利用序列二次规划方法即可对该问题进行求解。本发明在处理中无需线性化操作，保留了系统原本的属性，且可以加入对系统状态轨迹和输入量的约束；此外，该方法将飞行器加速度设为输入，从而得到加速度连续的轨迹，以免电机振动而影响其使用寿命。
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