本發(fā)明涉及航空與自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著無人機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，無人機(jī)在軍事、民用、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。然而，在實(shí)際飛行過程中，固定翼式無人機(jī)的柔性機(jī)翼由于其輕量化設(shè)計(jì)和高柔性特點(diǎn)，在受到復(fù)雜外界氣象等未知擾動(dòng)時(shí)，容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的振動(dòng)。這種振動(dòng)不僅會(huì)顯著影響飛行性能和飛行安全，還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞甚至機(jī)翼損毀。因此，如何有效抑制柔性機(jī)翼的振動(dòng)并補(bǔ)償未知擾動(dòng)的影響，成為無人機(jī)設(shè)計(jì)和控制領(lǐng)域的一個(gè)重要技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的傳統(tǒng)控制方法大多只針對反饋，缺乏對未知擾動(dòng)的考慮；已有的一些抗擾方法雖然考慮到了擾動(dòng)的影響，但在一定程度上依賴擾動(dòng)特征信息。本發(fā)明提供了一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，可以快速并較準(zhǔn)確地預(yù)測機(jī)翼所受到的未知擾動(dòng)，并通過控制算法進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，能有效抑制機(jī)翼的振動(dòng)，能夠有效抑制固定翼式輕質(zhì)無人機(jī)在氣象干擾下易發(fā)生的振動(dòng)變形，為提升無人機(jī)飛行穩(wěn)定性與續(xù)航能力提供幫助。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，包括以下步驟：

3、在無人機(jī)的機(jī)翼上表面根部貼上mfc壓電片作為制動(dòng)器，下表面貼上mfc壓電片作為傳感器；

4、根據(jù)柔性機(jī)翼結(jié)構(gòu)特征，等效為變截面懸臂梁求得柔性機(jī)翼的動(dòng)力學(xué)模型；

5、利用mfc壓電傳感器產(chǎn)生的電壓信號作為輸入與反饋信號，建立控制系統(tǒng)；

6、由控制系統(tǒng)計(jì)算得到電壓信號，作為輸出與制動(dòng)信號，抑制機(jī)翼振動(dòng)。

7、進(jìn)一步地，還包括建立狀態(tài)觀測器，預(yù)測各個(gè)狀態(tài)變量，即各階模態(tài)位移，用于計(jì)算控制律中的反饋增益。

8、進(jìn)一步地，還包括建立龍博格狀態(tài)觀測器，選擇合理的帶寬求得對應(yīng)的觀察器增益，根據(jù)建立的模型輸出與傳感器測得的真實(shí)值之間的估計(jì)誤差，結(jié)合求得的增益，快速的動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)估的狀態(tài)變量，使其不斷逼近真實(shí)狀態(tài)變量。采用預(yù)測的各個(gè)狀態(tài)變量，即各階模態(tài)位移，計(jì)算控制反饋。

9、進(jìn)一步地，還包括建立擾動(dòng)觀測器，用于實(shí)時(shí)估計(jì)未來擾動(dòng)并通過控制律中的自適應(yīng)前饋部分對機(jī)翼進(jìn)行補(bǔ)償。

10、進(jìn)一步地，基于徑向基函數(shù)來設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測器，利用徑向基函數(shù)的逼近能力來預(yù)估未知的復(fù)雜擾動(dòng)。

11、進(jìn)一步地，設(shè)計(jì)一個(gè)權(quán)重值的自適應(yīng)律，以應(yīng)對實(shí)時(shí)變化的未知擾動(dòng)。

12、進(jìn)一步地，通過觀測器得到估計(jì)的擾動(dòng)變量和狀態(tài)變量后，反饋給控制系統(tǒng)以抵消擾動(dòng)并使無人機(jī)機(jī)翼系統(tǒng)穩(wěn)定。

13、技術(shù)效果

14、本發(fā)明提供的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，該方法包括前饋控制與反饋控制兩部分，根據(jù)設(shè)計(jì)的自適應(yīng)徑向基函數(shù)(rbf)擾動(dòng)觀測器可以快速并較準(zhǔn)確地預(yù)測機(jī)翼所受到的未知擾動(dòng)，并通過控制算法進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，能有效抑制機(jī)翼的振動(dòng)，在模型中還考慮了機(jī)翼的大變形非線性情況，使設(shè)計(jì)的控制算法對于更為極端與復(fù)雜的擾動(dòng)情況也能有較好的效果，為提升無人機(jī)飛行穩(wěn)定性與續(xù)航性提供幫助。本方法可以在無需擾動(dòng)位置、頻率等信息的前提下進(jìn)行有效的振動(dòng)抑制，而且還考慮到了非線性大變形情況，能夠應(yīng)對更加極端復(fù)雜的擾動(dòng)。

15、以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。

技術(shù)特征：

1.一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，還包括建立狀態(tài)觀測器，預(yù)測各個(gè)狀態(tài)變量，即各階模態(tài)位移，用于計(jì)算控制律中的反饋增益。

3.如權(quán)利要求2所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，使用龍博格觀測器估計(jì)狀態(tài)變量。

4.如權(quán)利要求3所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，采用龍博格觀測器，根據(jù)真實(shí)機(jī)翼與建立的模型之間的輸出誤差作為反饋，通過設(shè)計(jì)合理的觀測器增益，來使估計(jì)狀態(tài)變量不斷逼近真實(shí)狀態(tài)變量，計(jì)算得到估計(jì)的狀態(tài)變量。

5.如權(quán)利要求4所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，根據(jù)觀測器的帶寬和期望的帶寬，計(jì)算得到對應(yīng)的觀測器增益。

6.如權(quán)利要求1所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，還包括建立擾動(dòng)觀測器，用于實(shí)時(shí)估計(jì)未來擾動(dòng)并通過設(shè)計(jì)的控制律中的自適應(yīng)前饋部分對機(jī)翼進(jìn)行補(bǔ)償。

7.如權(quán)利要求6所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，基于徑向基函數(shù)來設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測器，利用徑向基函數(shù)的逼近能力來預(yù)估未知的復(fù)雜擾動(dòng)。

8.如權(quán)利要求7所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，設(shè)計(jì)一個(gè)權(quán)重值的自適應(yīng)律，以應(yīng)對實(shí)時(shí)變化的未知擾動(dòng)。

9.如權(quán)利要求2或6所述的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，其特征在于，通過觀測器得到估計(jì)的擾動(dòng)變量和狀態(tài)變量后，反饋給控制系統(tǒng)以抵消擾動(dòng)并使無人機(jī)機(jī)翼系統(tǒng)穩(wěn)定。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，包括以下步驟：在無人機(jī)的機(jī)翼上表面根部貼上MFC壓電片作為制動(dòng)器，下表面貼上MFC壓電片作為傳感器；根據(jù)柔性機(jī)翼結(jié)構(gòu)特征，等效為變截面懸臂梁得到柔性機(jī)翼的動(dòng)力學(xué)模型；利用MFC壓電傳感器產(chǎn)生的電壓信號作為輸入與反饋信號，建立控制系統(tǒng)；由控制系統(tǒng)計(jì)算得到電壓信號，作為輸出與制動(dòng)信號，抑制機(jī)翼振動(dòng)。本發(fā)明提供的一種抑制無人機(jī)機(jī)翼振動(dòng)的自適應(yīng)抗擾控制方法，可以快速并較準(zhǔn)確地預(yù)測機(jī)翼所受到的未知擾動(dòng)，并通過控制算法進(jìn)行擾動(dòng)補(bǔ)償，能有效抑制機(jī)翼的振動(dòng)，為提升無人機(jī)飛行穩(wěn)定性與續(xù)航能力提供幫助。

技術(shù)研發(fā)人員：張順琦,江涌,孫意誠,范小瑜,凌春燕,韓政軒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15