[發明專利]一種無人飛行器的魯棒分層控制方法和裝置

在審

• 申請號: 201810050238.3
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN107992088A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 劉昊;張健松;蔡國飆;劉德元;趙萬兵
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 北京超凡志成知識產權代理事務所(普通合伙)11371
• 代理人: 梁香美

技術領域

本申請涉及飛行器控制技術領域，具體而言，涉及一種無人飛行器的魯棒分層控制方法和裝置。

背景技術

無人飛行器可執行各種軍事和民用任務，在學術領域受到了廣泛的關注。三自由度直升機系統可以實現對無人飛行器較為全面客觀的模擬，是檢驗無人飛行器分層控制方案有效性的理想實驗平臺。三自由度直升機系統有三個輸出：俯仰角、滾轉角和偏航角，但只有兩個控制輸入，所以三自由度直升機是欠驅動的多輸入多輸出系統。近年來，通過將直升機系統分為慢速和快速兩個子系統，可以實現分層控制。由Bertrand等人的研究可知，基于具有快速動態特性的閉環子系統比具有較慢動態特性的閉環子系統收斂得更快這一假設，兩個子系統的控制器可以單獨設計；Peng等人對HeLion直升機的兩個子系統分別設計了位置和姿態控制器；Raffo提出了一種分層控制方法，用模型預測控制器跟蹤期望的軌跡參考值，用非線性魯棒控制器來穩定姿態；Huang等人基于軌跡線性化控制方法，對垂直起降無人機的平移運動和旋轉運動分別進行控制。但是在這些研究中，內部動態對跟蹤性能的影響還沒有得到充分的討論。

發明內容

有鑒于此，本申請的目的在于提供一種無人飛行器的魯棒分層控制方法和裝置，用于解決現有技術中為飛行器飛行過程中不穩定問題。

第一方面，本申請實施例提供了一種無人飛行器的魯棒分層控制方法，該方法包括：

基于對飛行器輸出的俯仰狀態信息進行處理得到的俯仰魯棒補償信號，以及設定的俯仰參考信號和所述俯仰狀態信息，確定飛行器的第一俯仰控制輸入信號；

基于對飛行器輸出的滾轉狀態信息進行處理得到的滾轉魯棒補償信號，以及所述滾轉狀態信息和接收到的滾轉參考信號，確定飛行器的第一滾轉控制輸入信號；

基于所述第一俯仰控制輸入信號和所述第一滾轉控制輸入信號，控制所述飛行器的飛行姿態。

可選地，還包括：

基于對飛行器輸出的偏航狀態信息進行處理得到的偏航魯棒補償信號，以及設定的偏航參考信號和所述偏航狀態信息，得到第一偏航控制輸入信號，將所述偏航控制輸入信號作為滾轉參考信號。

可選地，所述基于對飛行器輸出的俯仰狀態信息進行處理得到的俯仰魯棒補償信號，以及設定的俯仰參考信號和所述俯仰狀態信息，確定飛行器的第一俯仰控制輸入信號，包括：

計算俯仰狀態信息的值與預設的俯仰參考信號的值的差值，將所述差值作為俯仰狀態誤差的值；

根據所述俯仰狀態誤差的值和預設的俯仰標稱控制參數的值，確定俯仰標稱控制信號的值；

基于俯仰狀態信息和俯仰魯棒補償控制參數的值，以及記錄的第二俯仰控制輸入信號，確定俯仰魯棒補償信號的值；

計算俯仰標稱控制信號的值和俯仰魯棒補償信號的值的和，并將計算的和值作為第一俯仰控制輸入信號。

可選地，所述基于對飛行器輸出的偏航狀態信息進行處理得到的偏航魯棒補償信號，以及設定的偏航參考信號和所述偏航狀態信息，得到第一偏航控制輸入信號，包括：

計算偏航狀態信息的值與預設的偏航參考信號的值的差值，將所述差值作為偏航狀態誤差的值；

根據所述偏航狀態誤差的值和預設的偏航標稱控制參數的值，確定偏航標稱控制信號的值；

基于所述偏航狀態信息和偏航魯棒補償控制參數的值，以及記錄的第二偏航控制輸入信號的值，確定偏航魯棒補償信號的值；

計算偏航標稱控制信號的值和偏航魯棒補償信號的值的和，并將計算的和值作為第一偏航控制輸入信號。

可選地，所述基于對飛行器輸出的滾轉狀態信息進行處理得到的滾轉魯棒補償信號，以及所述滾轉狀態信息和接收到的滾轉參考信號，確定飛行器的第一滾轉控制輸入信號，包括：

計算滾轉狀態信息的值與滾轉參考信號的值的差值，將所述差值作為滾轉狀態誤差的值；

根據所述滾轉狀態誤差的值和預設的滾轉標稱控制參數的值，確定滾轉標稱控制信號的值；

基于滾轉狀態信息、滾轉魯棒補償參數的值，以及記錄的第二滾轉控制輸入信號的值，確定滾轉魯棒補償信號的值；

計算滾轉標稱控制信號的值和滾轉魯棒補償信號的值的和，并將計算的和值作為第一滾轉控制輸入信號。

第二方面，本申請實施例提供了一種無人飛行器的魯棒分層控制裝置，該裝置包括：

第一確定模塊，用于基于對飛行器輸出的俯仰狀態信息進行處理得到的俯仰魯棒補償信號，以及設定的俯仰參考信號和所述俯仰狀態信息，確定飛行器的第一俯仰控制輸入信號；