湖州天骥智航科技有限公司范丽获国家专利权
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龙图腾网获悉湖州天骥智航科技有限公司申请的专利适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统及方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121115521B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-20发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511652439.7,技术领域涉及:G05B13/04;该发明授权适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统及方法是由范丽;胡奕新;许超;吴辉设计研发完成,并于2025-11-12向国家知识产权局提交的专利申请。
本适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统及方法在说明书摘要公布了:本申请公开了一种适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统及方法,用于实现大迎风面积无人机的鲁棒抗风控制,针对垂直起降阶段迎风面积大,对外部风场变化敏感的飞行特点,提出一种无需额外传感器的空速估计方法,并结合高斯过程回归算法实现对外部干扰力的建模,并使用基于四元数的模型预测控制实现对干扰力的补偿,从而降低外部变化风场对大迎风面积无人机动力学的影响,显著提升轨迹跟踪精度。本申请在姿态控制回路中设计一种基于SO3的反步控制器,并集成非线性干扰观测器,实现对外部扰动力矩的主动补偿和姿态的鲁棒跟踪控制。基于上述技术特征,进一步构建了可实时估计并反馈补偿扰动的完整动力学控制链路。
本发明授权适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统及方法在权利要求书中公布了:1.一种适用于大迎风面积无人机的基于学习的复合分层抗干扰控制系统,其特征在于,包括: 1大迎风面积无人机,其包括执行器、动力学模块和传感器模块;所述传感器模块采集所述大迎风面积无人机的当前飞行姿态、当前位置信息和当前速度信息; 2轨迹规划器,用于生成期望轨迹; 3基于学习的干扰力估计模块,所述基于学习的干扰力估计模块为基于学习的干扰观测器,依据当前飞行姿态估算当前空速,并通过高斯过程回归预测当前大迎风面积无人机所受到的干扰力; 4鲁棒位置环控制器模块,用于生成期望拉力和期望姿态,所述鲁棒位置环控制器模块为基于四元数的增广模型预测控制算法,根据干扰力估计模块所估计的外力,主动补偿外部干扰力; 5干扰力矩估计模块,用于估计当前大迎风面积无人机所受到的干扰力矩,所述干扰力矩估计模块为非线性干扰观测器; 6鲁棒姿态控制器,用于生成期望力矩; 7控制分配模块,其将所述期望拉力与所述期望力矩准确映射为执行器的控制信号; 其中,所述执行器根据所述控制信号产生相应的控制力和控制力矩;所述动力学模块根据所述控制力和所述控制力矩更新所述大迎风面积无人机的当前飞行姿态; 其中,所述干扰力矩估计模块依据当前飞行姿态估算当前空速,并通过高斯过程回归预测当前大迎风面积无人机所受到的干扰力,包括以下步骤: 基于牛顿第二定律对大迎风面积无人机在平衡状态下进行受力分析,可以得到大迎风面积无人机姿态角与空速之间的关系: 其中分别是大迎风面积无人机的滚转角和俯仰角,分别是大迎风面积无人机在横向和侧向的阻力系数,是大迎风面积无人机当前的空速;是大迎风面积无人机所受重力,是当前的空气密度; 将大迎风面积无人机姿态角与空速之间的关系简单化简后可以得到如下空速和姿态角之间的关系: 表示采用大迎风面积无人机的俯仰角得到轴方向空速,表示采用大迎风面积无人机的滚转角得到轴方向空速; 利用大迎风面积无人机在室内无风条件下沿着横向和纵向水平匀速直线飞行,记录大迎风面积无人机的地速和姿态角,可以通过拟合得到上式的显式关系,基于大迎风面积无人机姿态的空速估计算法能够实现仅利用大迎风面积无人机的姿态信息估计出大迎风面积无人机当前的空速; 结合高斯过程回归算法即可估算出当前大迎风面积无人机所受到的外部干扰力; 通过在室内无风条件下水平匀速直线飞行,记录飞行过程中的地速信息和采样间隔,便可以根据测量的真实速度与预测速度在采样间隔之间的误差得到当前时刻作用在大迎风面积无人机上的干扰力: 其中,为下一时刻机体坐标系下的空速,为预测的下一时刻机体坐标系下的空速,为时间间隔,为所估计的作用在大迎风面积无人机上的干扰力,为大迎风面积无人机的质量; 利用训练阶段采集到的训练数据,其中为真实的机体坐标系下的空速,为所估计的干扰力,以及零均值的先验知识,训练刻画大迎风面积无人机在垂直起降阶段空速与外部干扰力之间关系的高斯过程回归模型: 其中,为训练的输入量,为核矩阵,是待测试点,为待测试点和输入量之间的协方差,为待测试点与自身的协方差,为单位矩阵,为超参数,与为待测试点的均值和方差,基于高斯过程回归的干扰力估计算法将上述均值作为待测试点的估计值,方差用于评估预测置信度,得到当前大迎风面积无人机受到的外部干扰力。
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