[发明专利]一种基于自抗扰混合切换控制的四旋翼无人机的控制方法

权利要求书

1.一种基于自抗扰混合切换控制的四旋翼无人机的控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1,输入的位置指令x、y与四旋翼无人机传感器反馈的实际位置x_d、y_d做差经过坐标系转换和PD控制器得到四旋翼无人机滚转角和俯仰角θ的输入量，滚转角和俯仰角θ可由下式计算：

其中，K_xp、K_yp代表着比例增益，K_xd、K_yd代表着微分增益；

步骤2，将计算得到滚转角的输入姿态控制器中；

步骤3，将计算得到俯仰角θ的输入姿态控制器中；

步骤4，将姿态指令偏航角ψ的输入姿态控制器中；

步骤5，将位置高度指令z的输入位置控制器中，通过姿态控制器和位置控制器对所述四旋翼无人机进行飞行控制；

所述姿态控制器设计为自抗扰混合切换控制器，由跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性误差反馈率(NLSEF)构成；

所述跟踪微分器设计为：

其中v₁表示对输入滚转角信号的跟踪量，v₂表示对输入滚转角信号微分值的跟踪量，T表示系统的采样周期，最速控制综合函数fhan计算方式为:

其中，r表示速度因子，决定了微分器跟踪信号的速度，h表示滤波因子，对输入滚转角信号里的噪声起滤波作用；

所述扩张状态观测器(ESO)包括：滚转角通道中，ESO设计为：

式中，为四旋翼无人机传感器反馈的实际滚转角值，z₁表示观测器对输出滚转角的跟踪量，z₂表示微分观测量，z₃表示观测器对于不确定性风扰的估计，β₁，β₂，β₃为观测器的增益，T表示系统的采样周期；其中，混合切换控制函数sfal(ε，α，δ)表示为：

式中，k₁、k₂为其增益系数，k_s为切换点参数，取常值1；混合切换控制函数的形状取决于α的大小，α₁取0.5，α₂取0.25；δ表示该函数线性区间的宽度，用来消除零点处的高频脉动，取0.01。

2.如权利要求1所述的一种基于自抗扰混合切换控制的四旋翼无人机的控制方法，其特征在于，位置控制器中的x和y通道控制器采用相同PD控制器。

3.如权利要求1所述的一种基于自抗扰混合切换控制的四旋翼无人机的控制方法，其特征在于，所述非线性误差反馈率包括：

其中，控制量中，k₃sfal(e₁，α₃，δ₂)相当于PID控制中的比例作用，k₄sfal(e₂，α₄，δ₃)相当于PID控制中的微分作用，取α₃＝0.75，α₄＝1.25或者α₃＝0.5，α₄＝1.5；

用ESO估计出的扰动值z₃进行补偿，可得到最终的姿态控制器中滚转角控制器的控制量U₁：

其中，b₁是决定补偿强弱的补偿因子，作为自抗扰混合切换控制器中与控制目标相关的唯一参数。