[发明专利]一种低功耗的四旋翼无人机大角度复杂姿态跟踪控制方法

权利要求书

1.一种低功耗的四旋翼无人机大角度复杂姿态跟踪控制方法，其特征在于：所述四旋翼无人机姿态跟踪控制方法包含以下步骤：

步骤一：建立四旋翼无人机SO(3)空间上的姿态动力学模型，并定义姿态跟踪误差；

步骤二：根据步骤一定义的姿态跟踪误差，采用基于变化量的线性化方法进行线性化，建立四旋翼无人机SO(3)模型下的姿态误差状态方程；

步骤三：根据步骤二建立的姿态误差状态方程，加入不确定性描述，并定义保成本二次型性能指标；

步骤四：根据步骤三建立的考虑系统不确定性的姿态误差状态方程，结合区间矩阵方法，设计具有减少控制代价即降低功耗能力的四旋翼无人机鲁棒保成本姿态跟踪控制器。

2.根据权利要求书1所述一种低功耗的四旋翼无人机大角度复杂姿态跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤一中建立的四旋翼无人机SO(3)空间上的姿态动力学模型为：

其中，R为SO(3)空间上的四旋翼无人机的姿态轨迹，为描述四旋翼姿态的旋转矩阵，且R∈SO(3),SO(3)＝{R∈R^3×3|R^TR＝I,detR＝1}；Ω∈R³为四旋翼无人机机体系下的角速度向量；J∈R^3×3为转动惯量矩阵；U∈R³为控制力矩向量。

帽运算定义为：对于任意三维向量x,y∈R³，定义运算为R³→so(3)的映射，其中so(3)为斜对称矩阵空间。帽运算的逆运算为威运算定义为：对于任意三维向量x∈R³，定义运算为so(3)→R³的映射。

定义四旋翼无人机在SO(3)模型下的姿态跟踪误差为：

e_Ω(t)＝Ω(t)-(R^T(t)R_d(t))Ω_d(t)

其中，e_R(t)∈R³为四旋翼无人机在SO(3)模型下的的姿态跟踪误差向量；e_Ω(t)∈R³为四旋翼无人机在SO(3)模型下的角速度误差向量；R_d(t)∈SO(3)为期望姿态轨迹；Ω_d(t)∈R³为期望角速度，其可由四旋翼无人机SO(3)下姿态跟踪的动力学模型求得，即

3.根据权利要求书1所述一种低功耗的四旋翼无人机大角度复杂姿态跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤二中对姿态跟踪误差进行基于变化量的线性化后，建立的四旋翼无人机SO(3)模型下的姿态误差状态方程为：

其中，

可以看出，这是一个隐性时变线性系统，系统矩阵A由期望参考姿态轨迹决定。由于系统矩阵A中包含时变元素Ω_d，传统控制器设计方法都需要随着矩阵A的变化不断地在线计算控制参数，这大大增加了系统负担并降低了控制效率。同时，A中包含不确定参数，即转动惯量矩阵J，如若不对其进行处理，则姿态跟踪精度会受到影响。