[发明专利]旋翼飞行器滑模变结构的姿态控制方法

说明书

本发明涉及一种旋翼飞行器滑模变结构的姿态控制方法，包括如下步骤：1)建立旋翼飞行器模型；1.1)建立旋翼飞行器的运动学方程；1.2)建立旋翼飞行器的动力学方程；2)设计滑模姿态控制律；2.1)建立旋翼飞行器的动力学状态方程；2.2)设计滑动模态；2.3)设计滑模控制律；3)设计微分跟踪器；3.1)建立对二阶离散系统；3.2)构造最速控制综合函数；3.3)将带入二阶离散系统，得到微分跟踪器；4)设计非线性非光滑反馈控制律。本发明的旋翼飞行器滑模变结构的姿态控制方法，采用滑模变结构控制技术，在参数正负拉偏30％的条件下依然能够具有很好的控制平直，使得无人机的飞行控制品质具有很强的鲁棒性，有效保障了采用无人机自动飞行执行任务的可靠性。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，旨在设计一种无人机场无人化值班飞行控制技术，使其在核电站等重要场所自主化巡逻、安全保障领域使用过程中能够更加稳定和可靠。

背景技术

随着无人机控制技术以及传感器技术的发展，无人机场已经被应用在越来越多的领域，比如石油管道巡检、水利巡检、电力巡检、光伏和风电巡检、道路和智慧城市/园区、军事等领域。

无人机场通常包含如下两个主要部分：(1)无人机场停机坪；(2)旋翼/垂直起降固定翼无人机。其中，无人机场停机坪主要作用：(1)为无人机自动充放电池；(2)将无人机获取的前端视屏图像数据通过网络传输给后台云端；(3)遥测数据转发；(4)自动收纳以及放飞无人机。

由于无人机场、无人机经常工作在恶劣的环境如大风天气，以及空中卸载等情况，这些苛刻的作业环境需要无人机具备强大的控制鲁棒性以及适应性，以保证无人机的飞行安全。传统的串级PID控制，虽然也能实现对无人机的飞行控制，但是这种控制方式，需要根据无人机的作业工况调整控制参数，往往一组PID控制参数无法满足所有工况。

发明内容

有鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种旋翼飞行器滑模变结构的姿态控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下的技术方案：

一种旋翼飞行器滑模变结构的姿态控制方法，包括如下步骤：

1)建立旋翼飞行器模型

1.1)建立旋翼飞行器的运动学方程：

式中，m为旋翼飞行器的重量，g为重力加速度，U₁为旋翼飞行器的升力，为三个方向的加速度，为三个方向得到速度，为机体系到导航系的旋转矩阵，K_d为阻力系数；

1.2)建立旋翼飞行器的动力学方程：

式中，为三轴角速率，为三轴角加速率，U₂、U₃、U₄分别为三个方向的扭力，L为旋翼中心到旋翼飞行器质心的距离，I_xx,I_yy,I_zz为三轴惯量；

2)设计滑模姿态控制律

2.1)建立旋翼飞行器的动力学状态方程

式中，Δf为模型误差，ΔB为控制矩阵误差，d为外界干扰；

2.2)设计滑动模态

式中，e为跟踪误差向量，C为Hurwitz矩阵；

2.3)设计滑模控制律