[发明专利]一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法

说明书

本发明公开了一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法，包括以下步骤：S1：选定四旋翼无人机作为建模对象，建立高度动态模型；S2：对高度动态模型进行反馈线性化；S3：根据反馈线性化后的高度动态模型，得到参考模型并设计高度UDE控制律；S4：设定参考模型和高度UDE控制律的参数，完成无人机的高度控制。本发明在模型具有不确定性和具有干扰的情况下，设计高度UDE控制律，可以实现对无人机高度的无超调和抗干扰的高精度跟踪控制。同时，能够在模型参数不精确和扰动不确定的条件下，精准无超调控制无人机的高度，对无人机的降落有十分积极的意义，使得无人机降落迅速，避免与地面发生碰撞。

技术领域

本发明属于运动控制技术领域，具体涉及一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法。

背景技术

由于近年来航拍无人机的兴起，因其操作简单、操控灵活和性价比高等优点，使得在军民诸多领域都发展迅速，如国土勘测、农业植保、电力巡检、国土检测、视频航拍、森林防火和科学研究平台等。

尽管如此，但是受限于采用低成本的MEMS传感器，无人机在控制方面还不能够尽善尽美。尤其是无人机的高度控制上，因为地面效应和外界其他不确定的扰动，使得包括无人机的起飞和降落容易发生降落碰撞和降落侧翻等失控状态，造成不必要的损失。

发明内容

本发明的目的是为了解决无人机高度控制的问题，提出了一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法。

本发明的技术方案是：一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法包括以下步骤：

S1：选定四旋翼无人机作为建模对象，建立高度动态模型；

S2：对高度动态模型进行反馈线性化；

S3：根据反馈线性化后的高度动态模型，得到参考模型并设计高度UDE控制律；

S4：设定参考模型和高度UDE控制律的参数，完成无人机的高度控制。

进一步地，步骤S1中，建立高度动态模型的方法为：计算四旋翼无人机的垂直加速度其计算公式为：

其中，u₄表示四个电机旋转产生的合力，θ表示四旋翼无人机的第一欧拉角，φ表示四旋翼无人机的第二欧拉角，m表示四旋翼无人机的质量，d表示外界扰动，g表示重力加速度。

进一步地，步骤S2中，对高度动态模型进行反馈线性化的方法为：设控制输入u的表达式为u＝u₄(cosθcosφ-mg)/m，则对高度动态模型反馈线性化后的表达式为

进一步地，步骤S3包括以下子步骤：

S31：将反馈线性化后的高度动态模型改写为状态运动方程；

S32：根据状态运动方程得到第一矩阵A和第二矩阵B；

S33：根据反馈线性化后的高度动态模型和其传递函数，得到参考模型；

S34：根据参考模型得到第三矩阵A_m和第四矩阵B_m；

S35：根据第一矩阵A、第二矩阵B、第三矩阵A_m和第四矩阵B_m计算高度UDE控制律。

进一步地，步骤S31中，状态运动方程的表达式为：

其中，z表示四旋翼无人机的高度，表示对四旋翼无人机的垂直速度，表示四旋翼无人机的垂直加速度，d表示外界扰动。

进一步地，步骤S32中，第一矩阵A和第二矩阵B的表达式分别为：