[發明專利]一種無人直升機自抗擾飛行位置控制方法

有效

• 申請號: 201711055319.4
• 申請日: 2017-11-01
• 公開（公告）號: CN108037764B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 賈杰
• 申請（專利權）人: 杭州睿杰智能空中機器人科技有限公司
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 嘉興中創致鴻知識產權代理事務所(普通合伙) 33384
• 代理人: 姚海波

本發明涉及無人機控制領域，具體的說是一種無人直升機自抗擾飛行位置控制方法。本發明包括橫向通道控制、縱向通道控制、高度通道控制，每個通道控制過程均包括以下步驟：根據無人直升機的位置，得到觀測狀態量和擴張狀態量；根據控制器輸入、觀測狀態量和擴張狀態量，得到各個通道的控制器輸出。本發明系統各通道間的耦合可以被視為擾動，自抗擾控制器可通過擴張狀態觀測器的擾動估計和擾動補償，將其耦合抵消。該發明是一種無模型控制器，它不需要被控對象的精確模型，而是依靠誤差來控制。

技術領域

本發明涉及無人機控制領域，具體的說是一種無人直升機自抗擾飛行位置控制方法。

背景技術

無人直升機飛行控制系統主要由兩部分組成，第一部分為速度和姿態控制系統，主要負責增穩，使無人直升機在外界條件不改變的情況下處于穩定狀態，是飛行器能夠自主飛行的基礎，第二部分為位置控制系統，它的作用是控制飛行器的飛行路徑，使其能夠按照用戶給定的航線或者航點進行飛行。

傳統直升機飛控的姿態控制和速度控制一般是多使用經典控制理論作為理論依據，PID控制器作為其控制器來進行控制的。PID是一種無模型控制器，它可以只根據被控變量的誤差來進行控制，所以在設計基于PID控制器的控制系統時，可以將被控對象看作一個只有輸入、輸出的黑盒。正是因為PID控制技術是立足于使用誤差來控制誤差，不需要復雜的數學建模過程，它才能在實際的工程應用當中占有統治地位。但是，由于PID控制技術是一個較早出現的控制技術，因此它受到研發時代的理論水平、技術水平落后的影響，設計出PID時并沒有先進的數字計算機、以及使用數字計算機完成的各種數字信號處理技術，當時的PID控制技術帶著許多現在看來“不盡人意的缺陷”進入了控制工程中，出色地完成了大部分的控制任務，從而在控制工程這一領域占有了的及其重要的地位。

PID控制技術的如下四個方面的缺陷：通過e(t)＝υ(t)-y(t)這樣直接相減的方式產生的原始誤差作為控制器的輸入的控制效果并不理想；微分環節的輸入沒有良好的算法來計算；線性組合不一定是最好的組合方式；誤差信號e(t)的積分—的引入有很多負作用。顯然，上述四個方面的缺陷都是在PID出現那個年代的大環境下所產生的問題。在現如今數字信號處理發達的條件下，我們就有了更多的手段來彌補這些缺陷。貫徹PID控制技術的精髓——誤差來減少誤差的過程控制思想，利用現代先進的數字信號處理技術，并合理開發特殊的非線性效應來探討克服上述PID控制技術的四個方面缺陷的過程中，催生了新型實用數字控制技術——自抗擾控制技術。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足之處，本發明要解決的技術問題是提供一種無人直升機自抗擾飛行位置控制方法。

本發明為實現上述目的所采用的技術方案是：一種無人直升機自抗擾飛行位置控制方法，包括橫向通道控制、縱向通道控制、高度通道控制，每個通道控制過程均包括以下步驟：

根據無人直升機的位置，得到觀測狀態量和擴張狀態量；

根據控制器輸入、觀測狀態量和擴張狀態量，得到各個通道的控制器輸出。

所述縱向通道控制包括以下步驟：

計算機體坐標系下x軸方向的位置x_b：

x_b＝x_e cosψ+y_e sinψ

其中，x_e和y_e分別為無人直升機在地面坐標系下的X軸Y軸方向上的位置，ψ為偏航角；

觀測狀態量為z₁＝z₁+h(z₂-c₁e+u)；

擴張狀態量為z₂＝z₂+h(-d₁fe)；