[發明專利]基于自適應積分反步的四旋翼飛行器控制方法

有效

• 申請號: 201710370621.2
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN106970646B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 林達;石川
• 申請（專利權）人: 四川理工學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務所(普通合伙) 11548
• 代理人: 李靜

本發明公開了自適應積分反步的四旋翼飛行器控制方法，屬于自動控制技術領域。本發明包括雙閉環控制結構，外環為位移控制器，由高度控制器和水平位移控制器所組成，分別由z、y、x的期望值z_d、y_d、x_d與其實際反饋值做差后，經過自適應積分反步控制算法求出控制高度和水平位移的輸入項即U₁，u_x和u_y，再進入內環即姿態控制器，由u_x和u_y反解算出俯仰和橫滾兩個姿態角的期望值φ_d、θ_d，與實際反饋值做差，而后經過積分反步控制算法，獲得控制俯仰角和橫滾角的輸入項即U₂，U₃，控制航向角的輸入項U₄也如此。

技術領域

本發明涉及基于自適應積分反步的四旋翼飛行器控制方法，屬于自動控制技術領域。

背景技術

過去二十年中，無人機在世界各地的軍民兩用領域都得以擴大應用。無人機目前用于軍事各個部門，從偵查，監測，情報收集到戰場損害評估等。民用領域包括遙感，運輸，勘探和科學研究等。由于航空領域多樣化的使命，無人機發揮越來越重要的作用。

反步法(Backstepping)是以Lyapunov控制理論為基礎，要求系統方程為嚴反饋形式，一種由前向后遞推的設計方法。其主要優點是可以與自適應技術結合使用。自適應控制一般以不同程度的不確定性為研究對象，通過量測信號對被控對象的未知參數進行在線估計，從而實時改變控制器的輸入。將自適應控制與反步法相結合，應用于飛行器的飛行控制上，比傳統的反步法有了明顯的抗干擾性，飛行更穩定，魯棒性更強。積分反步法是在傳統的反步法基礎上添加了跟蹤誤差的積分項，以此來彌補穩態誤差，用于控制飛行器穩定飛行，但在飛行器受到外界擾動時，表現稍差。

發明內容

為了克服上述的不足，本發明提出了將自適應控制與積分反步法相結合，應用到受外界環境干擾的飛行器的軌跡跟蹤上，既可以減少穩態誤差，又可以提高飛行器自身的飛行抗干擾性，大大增強了飛行器的魯棒性。

本發明采取的技術方案如下：

基于自適應積分反步的四旋翼飛行器控制方法，包括雙閉環控制結構，外環為位移控制器，由高度控制器和水平位移控制器所組成，分別由z、y、x的期望值z_d、y_d、x_d與其實際反饋值做差后，經過本發明提出的自適應積分反步控制算法求出控制高度和水平位移的輸入項即U₁，u_x和u_y，再進入內環即姿態控制器，由u_x和u_y反解算出俯仰和橫滾兩個姿態角的期望值φ_d、θ_d，與實際反饋值做差，而后經過積分反步控制算法，獲得控制俯仰角和橫滾角的輸入項即U₂，U₃，控制航向角的輸入項U₄也如此。

高度控制器的設計方法如下：

針對二階系統：

首先，定義一個跟蹤誤差以及其積分項：

定義為Z方向上的擾動的估計值，為實際的擾動值與擾動估計值的誤差，即

一般情況，陣風假定擾動在數值上是未知的和不可測量的，而且是時不變的時不變的，故

定義一個Lyapunov函數：