[發(fā)明專利]一種基于MIMO非線性不確定反步法的四旋翼位姿控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510355319.0
• 申請(qǐng)日: 2015-06-24
• 公開（公告）號(hào): CN104932512B
• 公開（公告）日: 2017-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫長(zhǎng)銀;潘汛;余瑤;張?zhí)m;郭金;胡艷艷
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/08
• 分類號(hào): G05D1/08;G05D1/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司11237
• 代理人: 張仲波

1.一種基于MIMO非線性不確定反步法的四旋翼位姿控制方法，其特征在于，包括:

基于空氣動(dòng)力學(xué)和旋翼飛行器運(yùn)動(dòng)原理，并根據(jù)控制性能要求建立四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)所述四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型和精度要求，建立四旋翼飛行器模型；

根據(jù)所述四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型和四旋翼飛行器模型的不確定性、外界干擾、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合特性，對(duì)所述四旋翼飛行器模型進(jìn)行分析解耦，確定基于內(nèi)外環(huán)控制的反步魯棒補(bǔ)償控制器；

其中，所述四旋翼飛行器數(shù)學(xué)模型包括：表示四旋翼飛行器在地面坐標(biāo)系中位置的位置方程組和表示四旋翼飛行器在地面坐標(biāo)系中姿態(tài)的姿態(tài)方程組；

所述位置方程組表示如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{x}\\ \stackrel{\·\·}{y}\\ \stackrel{\·\·}{z}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}\cos \mathrm{\φ}*\sin \mathrm{\θ}*\cos \mathrm{\ψ}+\sin \mathrm{\φ}*\sin \mathrm{\ψ}\\ \cos \mathrm{\φ}*\sin \mathrm{\θ}*\sin \mathrm{\ψ}-\sin \mathrm{\φ}*\cos \mathrm{\ψ}\\ \cos \mathrm{\φ}*\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]*\frac{u_1}{m}-\left[\begin{array}{c}0\\ 0\\ g\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_1(m,c_x,\stackrel{\·}{x})\\ {\mathrm{\Δ}}_2(m,c_y,\stackrel{\·}{y})\\ {\mathrm{\Δ}}_3(m,c_z,\stackrel{\·}{z})\end{array}\right]$

其中，不確定項(xiàng)φ,θ,Ψ表示歐拉角，u₁表示旋翼升力，m表示四旋翼質(zhì)量，g表示重力加速度，c_x,c_y,c_z表示空氣阻力系數(shù)，x,y,z表示四旋翼飛行器的空間位置，分別表示x,y,z的導(dǎo)數(shù)；分別表示的導(dǎo)數(shù)；

所述姿態(tài)方程組表示如下：

$\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·\·}{\mathrm{\φ}}\\ \stackrel{\·\·}{\mathrm{\θ}}\\ \stackrel{\·\·}{\mathrm{\ψ}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_2/J_x\\ u_3/J_y\\ u_4/J_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}*\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}*(J_y-J_z)/J_x\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}}*\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}*(J_z-J_x)/J_y\\ \stackrel{\·}{\mathrm{\φ}}*\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}}*(J_x-J_y)/J_z\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\Δ}}_4(c_p,\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}},J_r,J_x,W)\\ {\mathrm{\Δ}}_5(c_q,\stackrel{\·}{\mathrm{\φ}},\stackrel{\·}{\mathrm{\θ}},J_r,J_y,W)\\ {\mathrm{\Δ}}_6(c_r,\stackrel{\·}{\mathrm{\ψ}},J_z)\end{array}\right]$

其中，不確定項(xiàng)u₂,u₃,u₄表示三軸轉(zhuǎn)矩，J_x，J_y，J_z表示轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣J的對(duì)角線元素J_x，J_y，J_z，分別表示φ,θ,Ψ的導(dǎo)數(shù)，分別表示的導(dǎo)數(shù)，W表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，J_r表示電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，c_p,c_q,c_r表示轉(zhuǎn)矩阻力系數(shù)。