[发明专利]一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法

权利要求书

1.一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)建立四旋翼无人机系统的动态模型，设定系统的初始值、采样时间以及相关控制参数，过程如下:

对四旋翼无人机进行姿态动力学建模，姿态动力学模型如下:

其中φ为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角，J_x，J_y，J_z分别为四旋翼无人机在机体坐标系下三轴的转动惯量，且都为常量；τ₁，τ₂，τ₃分别表示作用在四个旋翼上的控制力矩，d₁，d₂，d₃为四旋翼受到的扰动；

步骤(2)设计系统的输入死区模型，过程如下：

其中i＝1,2,3，u_i为死区模型的输入信号，p_i是死区模型的拐点，k_i和p_i为未知的正常数；

将死区模型做如下变换：

τ_i＝G_i(u_i)＝k_iu_i+δ_i(u_i) (3)

其中

四旋翼无人机的姿态动力学模型可进一步写为：

其中x₁＝φ，x₃＝θ，x₅＝ψ，

步骤(3)在每一个采样时刻，计算姿态误差变量及其一阶导数；设计姿态控制器；

步骤(4)验证四旋翼飞行器系统的稳定性；

步骤(3)具体包括：

3.1定义跟踪误差z₁，z₂，z₃及其一阶导数：

其中φ_d表示期望滚转角度，θ_d表示期望俯仰角度，ψ_d表示期望偏航角度；

3.2设计李雅普诺夫函数V₁，V₃，V₅和虚拟控制律α₁，α₂，α₃：

其中q₁，q₃和q₅为正常数；

将(6)，(7)，(8)分别代入(9)，(10)，(11)：

其中z₂＝x₂-α₁，z₄＝x₄-α₂，z₆＝x₆-α₃；

3.3设计李雅普诺夫函数V₂，V₄，V₆：

其中为h₁，h₂，h₃的估计；为δ₁，δ₂，δ₃的估计；为d₁，d₂，d₃的估计；η₁，η₂，η₃，γ₁，γ₂，γ₃，ξ₁，ξ₂，ξ₃为正常数；

将(12)，(13)，(14)代入(15)，(16)，(17)：

3.4设计控制器u₁，u₂，u₃和自适应律；

步骤3.4具体包括：

其中q₂，q₄，q₆为正常数；

步骤(4)具体包括：

基于李雅普诺夫函数根据(6)-(22)，得：

可知四旋翼无人机系统是稳定的。