[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

说明书

本发明公开了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，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，计算滚转角和俯仰角θ，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。

技术领域

本发明涉及四旋翼无人机飞行控制技术领域，尤其涉及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。

背景技术

随着新型材料和储能设备研发的突破、控制理论和控制方法的创新以及微处理器和传感器制造技术的进步，四旋翼无人机迎来了爆发式的发展，应用范围越来越广泛。大部分四旋翼无人机工作飞行实在室外环境中，往往存在着风的影响，而四旋翼无人机的体积小、重量轻，极易受风的干扰使得飞行稳定性能受到影响。而传统的控制方法对于这种不确定性的风扰无法较好地处理，现在的智能控制方法应用成本过大，因此需要一种方便使用且低成本的四旋翼无人机的飞行控制方法抵抗此扰动。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明公开了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，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。

更进一步地，位置控制器中的x和y通道控制器采用相同PD控制器。

更进一步地，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。

更进一步地，所述步骤2进一步包括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：