天目山實驗室沈大衛獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉天目山實驗室申請的專利一種基于風場感知的無人機抗風控制方法及系統獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120428759B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-23發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510942079.8,技術領域涉及:G05D1/495;該發明授權一種基于風場感知的無人機抗風控制方法及系統是由沈大衛;李道春;別大衛;董鑫;邸偉承;劉奕良;任子杰設計研發完成,并于2025-07-09向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種基于風場感知的無人機抗風控制方法及系統在說明書摘要公布了:本發明公開了一種基于風場感知的無人機抗風控制方法及系統,涉及飛行器抗風控制與風場感知技術領域。該方法包括:通過分布式布設的風速風向傳感器實時獲取飛行器周圍局部風場信息,并融合處理形成三維風場分布;基于風場擾動識別與短期預測模型,生成前饋控制量;將前饋控制與飛控系統的反饋控制律融合,形成復合控制策略,實現復雜風擾下的無人機飛行姿態穩定與控制響應優化。相應地,所述系統包括:流場感知與數據處理模塊、擾動識別與前饋控制模塊、飛行控制執行模塊,具備風場實時感知、擾動預測、控制前置部署等功能。該發明能夠顯著提升無人機在低空復雜風場環境中的抗風性能和自主飛行安全性。
本發明授權一種基于風場感知的無人機抗風控制方法及系統在權利要求書中公布了:1.一種基于風場感知的無人機抗風控制方法,其特征在于,包括以下步驟: 1風場感知:通過風速傳感器陣列,實時采集無人機周圍的局部風速向量數據,包括風速大小和方向; 2飛行狀態估計:結合慣性測量單元IMU信息,獲取無人機的實時飛行狀態變量,包括速度、姿態角和加速度; 3相對風速計算與擾動識別:計算無人機相對于來風的相對風速向量,根據相對風速向量的變化率提取風場擾動特征; 4抗風控制律構建:由前饋控制量與反饋控制量構建復合抗風控制律;所述前饋控制量ufft是根據相對風速向量來計算;假設無人機的動力學模型為Muavt,其推力和姿態控制量與風速變化之間的關系通過線性系統模型描述;前饋控制量的計算公式為: 其中,Kff是前饋增益矩陣,用于描述無人機的動態響應;通過前饋增益矩陣,前饋控制量能根據風速的變化實時調節無人機的推力Tt和姿態θt,φt,ψt; 所述反饋控制量用于實時修正無人機的飛行誤差,確保無人機在受到風場擾動后能夠迅速恢復穩定狀態,具體包括: 飛行狀態誤差計算:假設無人機的參考狀態為當前飛行狀態為則狀態誤差為:其中,狀態向量包括無人機的速度、姿態角度、加速度變量; 控制增益計算:利用LQR控制器基于飛行誤差向量來計算反饋控制量ufbt,其計算公式為:其中,K是LQR控制器的增益矩陣; LQR反饋控制設計:定義狀態誤差權重矩陣Q和控制輸入權重矩陣R: 通過求解代價函數的最小化問題,計算反饋增益矩陣K: K=BTPB+R-1BTPA 其中,P是通過解Riccati方程得到的矩陣,A和B分別是無人機的狀態空間模型中的系統矩陣和控制輸入矩陣; 5控制輸出執行:將復合抗風控制律發送至無人機飛行控制系統,實現對姿態調整與推力調節的控制,補償風場擾動,實現穩定懸停或航跡跟蹤。
如需購買、轉讓、實施、許可或投資類似專利技術,可聯系本專利的申請人或專利權人天目山實驗室,其通訊地址為:311115 浙江省杭州市余杭區瓶窯鎮雙紅橋街166號;或者聯系龍圖騰網官方客服,聯系龍圖騰網可撥打電話0551-65771310或微信搜索“龍圖騰網”。
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