[发明专利]无人飞行器鲁棒姿态控制方法、装置及电子设备

说明书

本发明提供了一种无人飞行器鲁棒姿态控制方法、装置及电子设备，涉及自动化控制技术领域，该方法包括：获取无人飞行器的当前状态数据和当前期望姿态角；根据当前状态数据、当前期望姿态角和预先设计的鲁棒姿态控制器，确定无人飞行器的姿态控制输入；其中，鲁棒姿态控制器包括基于四元数表示的姿态误差模型设计的前馈控制器和H₂控制器以及鲁棒补偿器；根据姿态控制输入控制无人飞行器的飞行姿态。基于四元数表示的姿态误差模型设计前馈控制器、H₂控制器，可以在不需要切换坐标系的情况下完成飞行模式转换；鲁棒补偿器能够同时抑制参数不确定性、非线性、耦合动力学和整个频率范围内的外部干扰的影响，提高了无人飞行器的跟踪性能和鲁棒性。

技术领域

本发明涉及自动化控制技术领域，尤其是涉及一种无人飞行器鲁棒姿态控制方法、装置及电子设备。

背景技术

无人飞行器(UAV，Unmanned Aerial Vehicle)又称为无人机。近年来，无人机技术在控制和机器人领域日益兴起。其中，尾座式无人飞行器(简称为尾座式)有两种飞行模式：它们可以作为固定翼飞机以高巡航速度长距离飞行(水平飞行模式)；或者是作为旋翼飞机垂直起降和悬停(垂直飞行模式)。

尾座式中最重要的是设计控制器，在飞行模式转换期间实现期望的姿态控制，这个过程包括从低速垂直飞行到高速前进飞行或从高速巡航飞行到悬停飞行的飞行过程。虽然尾座式有多种优点，但由于其具有复杂的飞行动力学和机体动态特性(包括飞行模式转换中的不确定性)，难以控制。尾座式飞行器的动力学包含了严重的非线性和不确定性，特别是在两种飞行模式转换过程中。此外，机体动力学涉及参数不确定性、非线性和耦合动力学，并容易受外部干扰的影响。由于两种飞行模式之间的空气动力学差异很大，在飞行模式转换期间需要在不同的飞行模式中切换坐标系或控制器，这很容易产生转换抖动。

因此，尾座式无人飞行器的跟踪性能和鲁棒性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人飞行器鲁棒姿态控制方法、装置及电子设备，以提高无人飞行器的跟踪性能和鲁棒性。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人飞行器鲁棒姿态控制方法，应用于尾座式无人飞行器，所述方法包括：获取无人飞行器的当前状态数据和当前期望姿态角；其中，所述当前状态数据包括当前姿态角和当前作用在所述无人飞行器上的第一力矩和第二力矩，所述第一力矩与机翼对应，所述第二力矩与陀螺效应对应；根据所述当前状态数据、所述当前期望姿态角和预先设计的鲁棒姿态控制器，确定所述无人飞行器的姿态控制输入；其中，所述鲁棒姿态控制器是根据基于四元数建立的姿态误差模型设计的，所述鲁棒姿态控制器包括前馈控制器、H₂控制器和鲁棒补偿器；根据所述姿态控制输入控制所述无人飞行器的飞行姿态。

第二方面，本发明实施例还提供一种无人飞行器鲁棒姿态控制装置，应用于尾座式无人飞行器，所述装置包括：数据获取模块，用于获取无人飞行器的当前状态数据和当前期望姿态角；其中，所述当前状态数据包括当前姿态角和当前作用在所述无人飞行器上的第一力矩和第二力矩，所述第一力矩与机翼对应，所述第二力矩与陀螺效应对应；姿态控制器模块，用于根据所述当前状态数据、所述当前期望姿态角和预先设计的鲁棒姿态控制器，确定所述无人飞行器的姿态控制输入；其中，所述鲁棒姿态控制器是根据基于四元数建立的姿态误差模型设计的，所述鲁棒姿态控制器包括前馈控制器、H₂控制器和鲁棒补偿器；无人机动态模型模块，用于根据所述姿态控制输入控制所述无人飞行器的飞行姿态。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：