[发明专利]一种多四旋翼无人机自适应滑模姿态跟踪控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种多四旋翼无人机自适应滑模姿态跟踪控制方法，其特征在于，包括建立具有外部扰动情形下的无人机标称系统模型；根据网络通信拓扑结构，确定无人机姿态系统的一致性误差；通过扰动观测器估计系统受到的未知外部扰动；构建事件触发滑模控制器，从而控制跟随无人机跟踪领航无人机姿态角。本发明可以提高四旋翼无人机系统对外部扰动的鲁棒性，有效地抑制外部干扰的影响，减小系统的抖振，保证良好的跟踪性能，同时避免了无人机之间连续不间断地信息通信，降低了控制器的能量损耗。

技术领域

本发明涉及无人机跟踪技术领域，尤其涉及一种多四旋翼无人机自适应滑模姿态跟踪控制方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

四旋翼无人机作为一种可垂直起降的无人飞行器，其机动性强，简单易操作，易于控制，故在军事与民用领域都具有广阔的应用前景。四旋翼无人机在执行飞行任务过程中有一个巡迹阶段，要求其能够按照参考轨迹进行飞行，但是风场、空气对流等因素会破坏无人机飞行过程中的力平衡状态，从而对无人机飞行轨迹造成极大影响，甚至会导致无人机执行工作任务失败。因此，研究四旋翼无人机轨迹跟踪控制具有一定的价值。

另一方面，四旋翼无人机在飞行过程中会遭受到不同的外界扰动，例如阵风扰动、测量噪音、机械振动等，这些外部干扰会改变四旋翼无人机的动力学特性，降低其飞行性能。而滑模控制作为一种鲁棒控制方法，对外界扰动具有很强的鲁棒性和自适应性。因此，研究具有外界扰动的多四旋翼无人机系统滑模控制问题具有重要的理论意义。

然而，四旋翼无人机在实际飞行过程中，通常需要以较高固定采样频率对状态信息进行采集，从而增加了通信压力。频繁的通信会增加无人机的能量损耗，缩短使用寿命。由于事件触发是一种资源感知型采样策略，只有在满足某个条件时才更新控制值，以达到减少控制计算成本和连续通信的目的。因此，将事件触发机制引入到四旋翼无人飞行器的姿态跟踪控制中，设计的触发条件只要求多无人机在触发时刻进行通信，相比需要持续通讯控制的方法，降低了对通信的要求和传输能量的消耗。因此，研究具有网络带宽受限和外部扰动的多四旋翼无人机事件触发鲁棒自适应滑模控制问题具有重要的意义。

而现有技术中，还没有出现将鲁棒自适应滑模控制与事件触发机制相结合后应用于解决实际无人机姿态跟踪的技术。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种多四旋翼无人机自适应滑模姿态跟踪控制方法及系统，本发明可以提高四旋翼无人机系统对外部扰动的鲁棒性，有效地抑制外部干扰的影响，减小系统的抖振，保证良好的跟踪性能，同时避免了无人机之间连续不间断地信息通信，降低了控制器的能量损耗。

根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：

一种多四旋翼无人机自适应滑模姿态跟踪控制方法，包括：

获取无人机标称系统参量数据；

根据获取的无人机标称系统参量数据，利用无人机标称系统模型和扰动观测器得到控制信号；

其中，通过扰动观测器估计姿态系统受到的未知外部扰动，基于未知外部扰动构建无人机标称系统模型，并通过扰动观测器和鲁棒滑模控制算法，得到系统的控制信号。

进一步地，所述无人机标称系统包括领航无人机和若干个跟随无人机。

进一步地，所述利用无人机标称系统模型和扰动观测器得到控制信号，包括针对第i个跟随无人机，定义姿态系统的一致性误差。

进一步地，所述姿态系统的一致性误差为：

其中，Θ_j,ω_j表示与无人机i通讯的邻居无人机j的姿态角及其角速度；Θ₀,ω₀表示领航无人机的姿态角及其角速度。