(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111497101.0 (22)申请日 2021.12.09 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113901572 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 中航金城无 人系统有限公司 地址 210000 江苏省南京市秦淮区龙蟠中 路216号 (72)发明人 郭仁杰　胡镇　罗伟　尹彦卿　 钱晨　 (74)专利代理 机构 南京冠誉至恒知识产权代理 有限公司 32426 代理人 夏恒霞 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01)G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (56)对比文件 CN 113189866 A,2021.07.3 0 CN 111538237 A,2020.08.14 US 2002/0059350 A1,2002.05.16 宋彦国等.旋翼飞行器飞行动力学系统辨识 建模算法. 《南京航空航天大 学学报》 .201 1,全 文. 审查员 舒瀚 (54)发明名称 基于频域辨识的多旋翼飞行器传递函数模 型建模方法 (57)摘要 本发明公布了一种基于频域辨识的多旋翼 飞行器传递函数模型建模 方法， 该方法通过飞行 控制单元自动产生扫频信号进行飞行试验， 获得 频域非参数辨识和传递函数辨识用的数据库； 然 后对飞行数据进行谱估计， 计算待辨识通道的频 率响应； 最后通过频域输出误差法辨识得到多旋 翼飞行器的传递函数模型并进行验证。 该方法能 够很好地适应多旋翼飞行器的不稳定特性， 辨识 流程简单； 传递函数模型频域辨识多旋翼飞行器 飞行动力学模型的方法能够针对不同类型的无 人机高效地得到高置信度模型， 试验周期在2天 以内且可重复验证， 无需像 现有技术一样投入大 量的研发成本用于风洞试验来获得气动导数， 相 较于现有技术节约了大量时间和经济成本， 且可 靠性更高。 权利要求书3页 说明书10页 附图3页 CN 113901572 B 2022.03.04 CN 113901572 B 1.基于频域 辨识的多旋翼飞行器传递 函数模型建模方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 采集多组飞行试验数据， 对多旋翼飞行器每个通道上进行若干组高质量的扫频信 号激励和若干组 “3‑2‑1‑1”信号激励， 建立用于频域非参数辨识用的试飞数据库和验证数 据库， 采集飞行试验数据建立验证数据库的具体过程为： 在无人机保持一定高度悬停飞行 时， 切换到系统辨识验证模式， 由飞行控制单元产生 “3‑2‑1‑1”激励信号， 重复进行1 ‑2组飞 行试验， 将记录下来的飞行试验 数据保存到验证数据库； 生 成“3‑2‑1‑1”验证用的激励信号 的计算公式为： ； 为幅值， t为时间， 为时间间隔， 不同幅值信号的时间比例为3:2:1:1； 具体过程 为： （1） 采集输入激励信号 、 、 、 和输出信号 、 、 、 、 、 、 、 、 ； 其中， 为纵向通道的输入激励信号， 、 、 对应的输出状态量分别为机体坐标系下的纵向线速 度、 俯仰角和俯仰角速率； 为横向通道的输入激励信号， 、 、 分别为机体坐标系下的横 向线速度、 滚转角和滚转角速率； 为高度通道下的输入激励信号， 为高度方向上的线 速度； 为航向通道下的输入激励信号， 和 分别为偏航角和偏航角速率； （2） 计算扫频输入激励信号 ： 其中， 和 均为常数； 生成频率由 到 变化， 和 分别为最小辨识频率 和最大辨识频率； A为幅值 最大行程15%处的正弦信号， t 表示时间； （3） 在无人机保持一定高度悬停飞行时， 切换到系统辨识扫频模式， 对无人机施加多组 高质量的扫频信号激励， 在数据 记录模块记录飞行日志， 重复进 行若干组扫频激励飞行， 将 记录下来的飞行日志保存到系统辨识数据库， 建立试飞数据库； （4） 在无人机保持一定高度悬停飞行时， 切换到系统辨识验证模式， 由飞行控制单元产 生“3‑2‑1‑1”激励信号， 重复进行若干组飞行试验， 将记录下来的飞行日志保存到验证数据 库， 建立验证数据库； S2、 采用谱估计获得的频率响应数据来进行频域非参数辨识， 得到4个通道上由输入操 纵量和输出状态量构成的成对频率响应数据库， 建立传递函数模型辨识用的数据信息库， 每组待辨识的传递 函数的输入信号 为 ， 输出信号 为 ； 具体过程 为： （1） 计算输入信号 和输出信号 的离散傅里叶变换， 其计算方法分别为： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 113901572 B 2其中， 为虚数单位， 为离散频率点个数， 为频率分辨率： ， 为第 个频率数 据点， 为采样时间间隔， 和 分别为输入和输出信号的第n个时域记录； 和 为第 个频率点的傅里叶系数； （2） 计算输入信号 输入自谱 、 输出信号 输出自谱 、 输入输出互谱 ， 计算 方法分别为： ， 其中， 表示 的复数值； （3） 将输入自谱、 输出自谱和输入输出互谱用功率分贝表示， 其计算 步骤为： （4） 计算频率响应 和相干函数 ， 具体方法为： ； S3、 根据模型用途确定待辨识的传递 函数模型 结构； S4、 通过将期望单输入单输出函数模型和相应的复合频率响应估计之间的幅值和相位 误差最小化 来求取辨识参数， 确定待辨识传递 函数模型中的参数； S5、 用未参与辨识的非相似数据验证通过频域输出误差法辨识得到的多旋翼飞行器传 递函数模型。 2.根据权利要求1所述的基于频域辨识的多旋翼飞行器传递函数模型建模方法， 其特 征在于， 所述步骤S2 中挑选进入频率响应数据库的标准为： 相干函数 ≥0.6， 并且不震 荡， 表明辨识得到的频率响应具有可接受的精度， 则作为后边传递函数辨识的频率响应数权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 113901572 B 3