本申请涉及无人机，尤其涉及一种模块化组合无人机动力容错控制方法。
背景技术：
1、模块化组合无人机是以可在三维空间中自由运动的飞行单元作为模块，可以在时间紧迫的情况下提供快速响应。灵活的模块可以在有障碍物和狭窄的杂乱环境中快速自主导航。然后，它们可以在需要执行任务的地方会合。然而，与地面机器人不同的是空中组合由于飞行不确定性和安全可靠性而更加复杂，且飞行模块很容易出现故障。对于单个无人机系统，这可能是由于部件故障(例如推进器、传感器故障)或能量耗尽(例如电量耗尽)导致的物理故障，也可能是由于通信故障(例如信号干扰)导致的软件故障。在大多数已经报道的多机器人协同问题中，隐含地假设所有机器人单元将准确地完成预设的分散式控制策略。而实际上，空中机器人的容错性并不高，在大多数情况下，传感器、执行器或机械部件的损坏会使机器人完全失去抵抗力，无法发挥其能力。
2、考虑模块化组合无人机中一些故障的单元未能执行中央控制策略的情况，以实现部分模块故障后整个模块化组合无人机依然具有较强的容错能力。通常来说，多旋翼飞行器通过具有四个以上的旋翼来处理故障。然而，故障的最大数量是固定的，并受到转子数量的限制。例如，六旋翼可能能够处理两个旋翼故障，也可能在四个故障时保持在高空，但它无法处理更多故障。进一步的研究提出了不依赖故障信息的四旋翼无人机在一个、两个相邻、两个相对或三个转子故障情况下的统一被动容错控制方法。然而，当前的容错控制大多是针对单个的无人机，并没有考虑到集群中故障间的相互耦合影响。研究者提出了一种分布式容错控制策略，即使系统中的一些机器人单元不遵守统一的策略即发生了故障，也可以由一组机器人实现成功交会。还有的研究针对森林火灾监测提出了一种网络化无人机机群的容错协同导航框架，设计了一种新的任务重新分配算法和编队重构方法，以在存在未知扰动的情况下协调群中所有连接的无人机。
3、但是，上述的方法针对的机器人群间不存在相互直接连接所导致的物理影响。而直接固连导致的故障传播往往是迅速和危险的，类似于链式反应。为了减少飞行器模块间故障的相互影响，最近的工作针对模块化组合无人机提出了一种自重构技术根据组合无人机中推进器故障调整其配置，以便能够在有效利用资源的同时继续执行任务，同时减轻旋翼故障的影响。他们将该问题转换为采用混合整数线性规划寻找最优组合的问题，以减少故障对飞行器在轨迹上的影响和最小化拆卸和组合步骤作为优化目标，成功解决了故障后的自重构问题。然而，该方法专注于解决计算故障序列的装配树，以在特定位置发生故障时查看配置树，解决故障后的自重构问题。
技术实现思路
1、本申请提供了一种模块化组合无人机动力容错控制方法，其技术目的是降低组合无人机部分单元故障的影响，解决单元体发生故障后组合体无法安全飞行的问题。
2、本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、一种模块化组合无人机动力容错控制方法，所述模块化组合无人机包括由相互连接的多个单元体无人机构成的组合体无人机，所述无人机为多旋翼飞行器，在出现单元体故障时，该模块化组合无人机动力容错控制方法包括：
4、步骤s1：对故障后组合体中各单元体需要提供的期望升力进行分配；
5、步骤s2：对故障后组合体中正常单元体需要提供的期望力矩进行分配；
6、步骤s3：根据故障后各单元体需要提供的期望升力以及正常单元体需要提供的期望力矩对各单元体的螺旋桨转速进行分配，各单元体根据分配的螺旋桨转速实现模块化组合无人机动力容错控制。
7、进一步地，所述步骤s1包括：
8、步骤s11：对故障后组合体的期望总升力进行约束，使其与故障前组合体的期望总升力保持相等，则故障后组合体的期望总升力表示为：
9、
10、其中，fa表示空载无故障情况下组合体的期望总升力；n表示单元体总数量；fi表示空载无故障情况下第i个单元体的升力；
11、步骤s12：对故障后各单元体的拉力进行约束，表示为：
12、
13、其中，api表示第i个单元体在组合体坐标系下的位置，
14、步骤s13：对故障后各单元体分配的总升力进行约束，使各单元体的总升力方差最小化，表示为：
15、
16、步骤s14：根据式(1)至式(3)得到故障后各单元体需要提供的期望升力fi(fa)。
17、进一步地，所述步骤s2包括：
18、步骤s21：对故障单元体实际产生的力矩mfailure与其期望力矩md,failure间的力矩误差mδ进行计算，表示为：mδ＝md,failure-mfailure；(4)
19、其中，
20、表示故障后单元体在组合体坐标系下的位置；ma表示故障后组合体的期望力矩；μ表示常数；
21、其中，
22、ct,cm均为常数；表示螺旋桨转速；表示机体中心和任一电机的距离；第i个单元体机体ouxu轴与每台电机所在的支撑臂之间的夹角为机体中心和第j个电机的距离记为表示第i个单元体的控制效率矩阵；
23、步骤s22：通过故障单元体的力矩误差mδ得到正常单元体需要提供的期望力矩，表示为：
24、
25、其中，md,i表示故障后正常单元体需要提供的期望力矩。
26、进一步地，所述步骤s3包括：
27、步骤s31：根据式(6)、式(7)以及故障后各单元体需要提供的期望升力fi(fa)得到故障后各单元体的螺旋桨转速，表示为：
28、
29、其中，且ja表示单元体转动惯量；
30、步骤s32：各单元体根据分配的螺旋桨转速实现模块化组合无人机动力容错控制。
31、本申请的有益效果在于：本申请所述的模块化组合无人机动力容错控制方法，通过对故障后组合体中各单元体需要提供的期望升力进行分配，再对故障后组合体中正常单元体需要提供的期望力矩进行分配，最后故障后各单元体需要提供的期望升力以及正常单元体需要提供的期望力矩对各单元体的螺旋桨转速进行分配，各单元体根据分配的螺旋桨转速实现模块化组合无人机动力容错控制。在考虑故障单元体的力矩损失同时防止故障力矩的产生，然后基于力矩平衡方程对组合体的总升力和力矩需求重新分配，减弱了模块化组合无人机在故障后部分或完全失效的单元体表现为部分负载导致的组合体中出现了非对称力分布，保证了故障后组合体的安全飞行。
1.一种模块化组合无人机动力容错控制方法，所述模块化组合无人机包括由相互连接的多个单元体无人机构成的组合体无人机，所述无人机为多旋翼飞行器，其特征在于，在出现单元体故障时，该模块化组合无人机动力容错控制方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
