[发明专利]固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法

权利要求书

1.固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一，建立固定翼无人机三自由度动力学模型，将所述固定翼无人机动力学二次积分模型变换为仿射形式；

步骤二，基于backstepping控制理论和障碍Lyapunov函数设计约束控制器，采用有限时间滤波器处理backstepping控制中的微分代数环问题；

步骤三，利用扰动观测器估计模型中的不确定性扰动以提高固定翼无人机外环约束控制精度；

步骤四，将所述约束控制器的输出结果返回到固定翼无人机三自由度模型中，实现固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制。

2.根据权利要求1所述的固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下过程：

步骤1.1定义无人机在惯性坐标系X轴、Y轴和H轴三个方向上的位置P＝[x，y，h]^T，建立固定翼无人机运动学模型

其中，V为无人机的飞行空速，γ和χ为无人机的航迹倾斜角和航迹方位角，并建立无人机三自由度质点模型：

其中，m为无人机的质量，g为重力加速度，T_e和D_f为发动机推力和阻力，φ为滚转角，n为载荷系数即升力与重量的比值，且gn cosφ和gn sinφ分别表示固定翼无人机的俯仰加速度和偏航加速度；D₁＝[d_t，d_y，d_p]^T为不确定性扰动，无人机的实际控制量n，φ和T分别被升降舵、方向舵和副翼的组合以及油门控制，由此引入无人机的伪控制量

U＝[u_t，u_y，u_p]^T (3)

其中，伪控制量中的各元素u_t，u_y和u_p与实际控制量n，φ和T之间的关系分别为u_y＝gn sinφ和u_p＝gn cosφ，实际控制量n，φ和T根据所设计的u_t，u_y和u_p推导得到；

通过对(1)式求导可得

其中，旋转矩阵R为

通过把式(2)代入式(4)可得

因此无人机动力学可以改写为

其中G＝[0，0，-g]^T；

步骤1.2定义无人机飞行位置为X₁＝P＝[x，y，h]^T，不确定性扰动为D＝RD₁＝[d₁，d₂，d₃]^T，其中R和D₁＝[d_t，d_y，d_p]^T分别为上述步骤中定义的旋转矩阵与不确定性干扰；定义伪控制量为U＝[u_t，u_y，u_p]^T，将固定翼无人机三自由度动力学模型(6)变换为仿射形式：