本发明属于飞行器自动控制领域，特别涉及一种飞行器消摆控制技术。
背景技术：
1、近年来，四旋翼无人机由于其能耗小、机动性强、能实现垂直起降的优点，在空中运输领域得到了广泛的应用，其应用场景包括物流运输、抗震救灾、农业植保等多行业多领域。运输时，使用绳子吊运货物对四旋翼的机动影响较小，是四旋翼空中运输中常用的一种做法。然而，在飞行运输过程中，货物的摆动可能会对货物本身产生损伤，甚至影响到四旋翼无人机本身的稳定性，需要对货物进行消摆控制。同时，四旋翼本身由于底层的姿态控制与物理响应，也存在非理想执行器的问题，无法完全执行顶层位置控制器产生的加速度信号，导致控制性能的下降。然而目前现存的消摆控制方法如专利“一种四旋翼吊挂系统的摆角观测与减摆控制系统及方法”(授权公布号cn115686038b)、“一种基于姿态补偿的四旋翼吊挂抗摆控制方法”(公布号cn116243721a)等中都没有考虑到非理想执行器对系统性能的影响。故研究如何在非理想执行器条件下，实现四旋翼吊运系统的消摆鲁棒控制是十分必要的。
技术实现思路
1、为解决上述技术问题，本发明提出一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，能够同时实现四旋翼吊运系统的轨迹跟踪与吊挂货物的消摆。
2、本发明采用的技术方案为：一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，应用场景包括：四旋翼无人机、四旋翼无人机吊运的货物、控制系统；货物在四旋翼无人机输出的加速度响应控制下运动；所述控制系统包括：外环控制模块、中间环控制模块、内环控制模块；将内环控制模块与四旋翼无人机的物理响应一同作为非理想执行器环节；
3、将非理想执行器环节建模为一个一阶传递函数；
4、则四旋翼的加速度响应表示为
5、
6、其中记号表示拉普拉斯反变换；记号“*”表示卷积；ua是四旋翼的加速度指令；fa是由于辨识误差和外界干扰导致的等效加速度干扰；
7、所述外环控制模块包括：轨迹跟踪控制单元、消摆控制单元以及干扰抵消单元；轨迹跟踪控制单元将参考系统、四旋翼的位置信息和速度信息作为输入，消摆控制单元将货物的空间摆角信息与绳长信息作为输入，轨迹跟踪控制单元的输出、消摆控制单元的输出以及四旋翼的速度信息作为干扰抵消单元的输入；外环控制模块的输出作为中间环控制模块的输入；
8、中间环控制模块的输入还包括四旋翼无人机的加速度；中间环控制模块的输出作为四旋翼的加速度指令ua。
9、本发明的有益效果：本发明首先根据执行器的特点，将其复杂的物理机理建模为一个简单的一阶传递函数。接着根据实验数据，辨识出模型中的参数大小为后续控制设计提供模型信息。依据所得非理想执行器模型，设计中间环鲁棒动态补偿器来使得外环设计的轨迹跟踪控制器与消摆控制器产生的加速度指令能被有效地执行；本发明具有如下优势：
10、(1)通过一个简单的一阶传递函数来表征复杂的非理想执行器环节；
11、(2)能够同时实现四旋翼吊运系统的轨迹跟踪与吊挂货物的消摆；
12、(3)本发明所提出的中间环鲁棒动态补偿器能与外环和内环解耦，不仅适用于四旋翼吊运系统，在其他场景下也可以使用来消除非理想执行器的影响。相较于现有技术而言，使用鲁棒动态补偿器能够拓宽四旋翼无人机的底层执行带宽，实现快速的货物消摆。如图4结果所示，当四旋翼吊运系统存在一个初始摆角λx(0)＝0.3rad时，本发明能快速地实现货物摆角的镇定，并回到原先悬停的位置。
1.一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，应用场景包括：四旋翼无人机、四旋翼无人机吊运的货物、控制系统；货物在四旋翼无人机输出的加速度响应控制下运动；所述控制系统包括：外环控制模块、中间环控制模块、内环控制模块；将内环控制模块与四旋翼无人机的物理响应一同作为非理想执行器环节；
2.根据权利要求1所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，传递函数表示为
3.根据权利要求2所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，传递函数中参数τ和k的取值确定过程为：让四旋翼无人机进行飞行，同时记录四旋翼的加速度指令ua和实际的四旋翼的加速度响应uc；在不考虑fa的情况下，带入公式通过拟合的方法得到参数τ和k的具体数值。
4.根据权利要求3所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，外环控制模块设计为：
5.根据权利要求4所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，轨迹跟踪控制单元设计为：
6.根据权利要求5所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，干扰抵消单元在频域上设计为
7.根据权利要求6所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，消摆控制单元设计为：
8.根据权利要求7所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，中间环控制模块设计为：
9.根据权利要求8所述的一种适用于非理想执行器条件下的四旋翼吊运系统消摆鲁棒控制方法，其特征在于，四旋翼的加速度响应误差表示为表示四旋翼的加速度响应的估计。
