[發明專利]一種抗干擾四旋翼無人機姿態控制方法

有效

• 申請號: 201710564006.5
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN107491081B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王佩;張科;徐有新;呂梅柏;姜海旭;王靖宇;李偉
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種抗干擾四旋翼無人機姿態控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1、建立無人機姿態運動方程：

式中，p為無人機的滾動角速度；為無人機的滾動角加速度；q為無人機的俯仰角速度；為無人機的俯仰角加速度；r為無人機的偏航角速度；為無人機的偏航角加速度；I_x、I_y、I_z分別為無人機在x、y、z軸上的轉動慣量；τ_x、τ_y、τ_z分別為無人機在x、y、z軸上的力矩；

步驟2將無人機姿態運動方程變換為的積分鏈式模型形式：：

式中，Δf(·)為模型不確定性項；d(·)為外部干擾項；x₁＝φ為無人機的滾動角，x₃＝θ為無人機的俯仰角，x₅＝ψ為無人機的偏航角；

步驟3：控制指令跟蹤微分器

1.滾動通道跟蹤微分器：

式中，為微分器為滾動角指令φ_cmd的跟蹤信號，分別為的一階導數、二階導數，即微分器對滾動角指令φ_cmd一、二階導數的估計信號，R_t為微分器跟蹤參數；

2.俯仰通道跟蹤微分器：

式中，為微分器為俯仰角指令θ_cmd的跟蹤信號，分別為的一階導數、二階導數，即微分器對俯仰角指令θ_cmd一、二階導數的估計信號；

3.偏航通道跟蹤微分器：

式中，為微分器為偏航角指令ψ_cmd的跟蹤信號，分別為的一階導數、二階導數，即微分器對偏航角指令ψ_cmd一、二階導數的估計信號；

步驟4：設計分數階反饋控制器

無人機的滾動通道反饋控制器；

式中，K_φ2為滾動通道比例控制增益，K_φ1為滾動通道分數階微分控制增益，μ_φ為滾動通道分數階微分階次，為e_φ的μ_φ階分數階微分；

無人機的俯仰通道反饋控制器；

式中，K_θ2為俯仰通道比例控制增益，K_θ1為俯仰通道分數階微分控制增益，μ_θ為俯仰通道分數階微分階次，為e_θ的μ_θ階分數階微分；

無人機的偏航通道反饋控制器；

式中，K_ψ2為偏航通道比例控制增益，K_ψ1為偏航通道分數階微分控制增益，μ_ψ為偏航通道分數階微分階次，為e_ψ的μ_ψ階分數階微分；

步驟5：基于徑向基神經網絡設計抗干擾補償器

1.滾動通道補償器：

式中，為滾動通道神經網絡輸入信號，該神經網絡輸入個數為2；j為網絡第j個隱含層節點，隱含層節點個數為N，為高斯函數輸出，c_φj為滾動通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的均值參數，b_φj為滾動通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的方差參數；W_φ^T為滾動通道神經網絡的權值；

2.俯仰通道補償器：

式中，為俯仰通道神經網絡輸入信號，該神經網絡輸入個數為2；j為網絡第j個隱含層節點，為高斯函數輸出，c_θj為俯仰通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的均值參數，b_θj為俯仰通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的方差參數；W_θ^T為俯仰通道神經網絡的權值；

3.偏航通道補償器：

式中，為偏航通道神經網絡輸入信號，該神經網絡輸入個數為2；j為網絡第j個隱含層節點，為高斯函數輸出，c_ψj為偏航通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的均值參數，b_ψj為偏航通道神經網絡抗干擾補償器第j個網絡隱含節點高斯函數的方差參數；W_ψ^T為偏航通道神經網絡的權值；

步驟6：反饋線性化控制器：

1.滾動通道：

2.俯仰通道：

3.偏航通道：

將u_φcontrol、u_θcontrol、u_ψcontrol分為輸出給τ_x、τ_y、τ_z作為無人機控制力矩進行控制姿態。