1.一种复杂气象条件下无人飞行器安全自驾仪系统设计方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:建立无人飞行器开环动力学模型;步骤二:结合无人飞行器控制器、控制输出饱和与无人飞行器开环动力学模型,构建无人飞行器跟踪控制律与无人飞行器闭环动力学模型;步骤三:考虑跟踪控制的精确性和快速性,并在约束中考虑控制输出饱和约束,构建最优控制问题,以实时优化轨迹的时间参数;构建最优控制问题包括:假设标称轨迹以离散的形式给出每个离散点的平坦输出及其各阶时间导数 以及对应的离散间隔 , , 表示离散点的序号,N表示离散点的总数;重构轨迹的时间参数,包括:根据目标函数确定重构因子 ,使得离散间隔 得到重构: ;其中, 代表赋值方向;使用标称轨迹的步长配合四阶龙格库塔方法离散化无人飞行器闭环动力学模型 ,得到离散化的无人飞行器闭环动力学模型 ,或由函数自变量定义将无人飞行器闭环动力学模型 改写为新的无人飞行器闭环动力学模型 : ;确定重构因子 的过程通过如下最优控制问题实现: ; ; ; ; ;其中: ; ; ; ; ;最优控制问题中, 为状态向量, 为决策变量, 为离散动力学连续性约束,上标T表示矩阵的转置, 为跟踪误差权重矩阵, 代表重构后的平坦输出及其各阶时间导数, , 分别表示跟踪误差的权重系数,轨迹跟踪精度的权重系数, 代表对角线为6个元素均为1组成的一维向量与7个元素均为0的一维向量组成对角矩阵; , 分别表示重构因子约束的上界,重构因子约束的下界,重构因子 大于0; 表示四元数; 为各离散点的状态变量; 为叉乘运算, 表示初始状态变量, 表示状态向量 第7列中的前9个元素; 和 为控制输入的上界和控制输入的下界;步骤四:定义步骤三中的最优控制问题的目标函数,实时求解该最优控制问题;将优化后的轨迹的时间参数应用于原始轨迹,构成新的局部松弛轨迹,以在特定场景下使轨迹跟踪偏向快速性或精确性。
2.根据权利要求1所述的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,其特征在于,所述步骤一中,无人飞行器开环动力学模型记为 ,表示为: ;其中, 为状态向量, 为 对时间的一阶导数, 为控制向量,表示期望电机推力。
3.根据权利要求2所述的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,其特征在于,所述步骤二中,构建无人飞行器的跟踪控制律与无人飞行器闭环动力学模型如下:记具有四旋翼系统的无人飞行器的跟踪控制律为: ;其中, 为平坦输出及其各阶导数, 为基于微分平坦性的跟踪控制律函数,得到无人飞行器闭环动力学模型 为: ;引入下式所示的控制输入约束表示控制输入饱和, 和 为控制输入的上界和控制输入的下界: 。
4.根据权利要求3所述的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,其特征在于,所述步骤四包括:实时飞行任务中,根据不同的飞行任务需求,在精确性的指标与快速性的指标之间进行权衡,上述最优控制问题中的跟踪误差的权重系数 和轨迹跟踪精度的权重系数 根据不同的飞行任务阶段进行分阶段设置;采用内点法求解最优控制问题,使用重构因子为1时的闭环轨迹作为初始迭代点或构建简化问题进行热启动。
5.一种电子设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4中任一项所述的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的步骤。
6.一种非暂态计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的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的步骤。