[发明专利]一种四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法

说明书

本发明公开了一种四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法，所述四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法包括在四旋翼无人机是质量均匀、轴对称缸体、四套电机和轩逸参数均一致的条件下，建立无人机的绕质心运动方程，表示出状态空间方程；根据无人机的状态空间方程、双观测器自抗扰工作原理及双极型S曲线函数设计参考信号观测器式；根据无人机的状态空间方程及双观测器自抗扰工作原理设计扰动观测器式；根据双极型S曲线函数设计非线性反馈控制律；具有在线调解参数少，简化控制器设计和使用等优点。

技术领域

本发明涉及四翼无人机控制方法技术领域，尤其涉及一种四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法。

背景技术

四旋翼无人机（UAV）具有非线性、干扰敏感和强耦合等复杂控制问题，研究合适的控制算法成为提高四旋翼无人机控制性能的关键。目前，四旋翼无人机姿态控制方法主要有分为两大类，模型类和无模型类。前者模型类主要有：反步法、滑模控制法、自适应控制法、鲁棒算法、神经网络控制算法等。此类方法依赖精确的四旋翼无人机动力学模型，难以解决四旋翼无人机模型参数不确定性和外部扰动的带来的消极影响。第二类，无模型主要有PID控制、无模型控制等，此类方法不依赖四旋翼机动力学模型。其中，PID控制因其结构简单，控制可靠，在四旋翼无人机中应用最为广泛。但PID属于被动控制，当系统受到外部扰动，或运行工况发生改变时需要重新调节参数。针对其缺陷，韩京清教授提出了自抗扰控制器（ADRC）。自抗扰控制继承了PID无模型控制优点，并克服了速度与稳定性的矛盾。

自抗扰控制主要核心思想是采用观测器在线实时观测并补偿内部模型不确定性和外部扰动，消除系统因模型不确定性和复杂外部扰动带来的不稳定因素，达到主动抗扰动的功能。同时，非线性状态误差反馈（NLSEF）不依赖系统精确数学模型，且其特殊的非线性结构实现了“控制初期大误差，小增益；控制末期小误差，大增益”的性能。近年来，自抗扰控制思想也应用在了四旋翼无人机姿态控制中。

而常规自抗扰非线性函数为分段函数存在调节参数多的问题，所以提供一种四旋翼无人机航迹倾角的改进及自抗干扰控制方法，能够解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，现有的模型类控制方法依赖精确的四旋翼无人机动力学模型，难以解决四旋翼无人机模型参数不确定性和外部扰动的带来的消极影响；现有的无模型类控制方法大多采用PID，但是PID属于被动控制，当系统受到外部扰动，或运行工况发生改变时需要重新调节参数；常规自抗扰非线性函数为分段函数存在调节参数多的问题；所以提供一种四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法，所述四旋翼无人机航迹倾角的改进自抗干扰控制方法包括：

在四旋翼无人机是质量均匀、轴对称缸体、四套电机和轩逸参数均一致的条件下，建立无人机的绕质心运动方程为：

令，，可表示为状态空间方程：

根据无人机的状态空间方程、双观测器自抗扰工作原理及双极型S曲线函数表达式为Dsig(x)=(2/(1+exp (-ax)))-1设计参考信号观测器式为：

根据无人机的状态空间方程及双观测器自抗扰工作原理设计扰动观测器式如下：

根据双极型S曲线函数设计非线性反馈控制律为：

。

进一步地，所述：

为三轴转动惯量；分别为滚转角、俯仰角和偏航角；L是旋翼中心到坐标原点的距离；是各轴阻力系数；是各轴扰动信号；是控制信号。

进一步地，状态空间方程中：

为系统控制输入。是系统控制输出。B为系统输入矩阵。

进一步地，。

进一步地，。