[發明專利]一種無人機非奇異自適應非光滑姿態跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201811585620.0
• 申請日: 2018-12-25
• 公開（公告）號: CN110162067B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 何棟煒;劉麗桑;李建興;黃靖;廖律超;鄭積仕;陳樂;陳彩云;陳興武
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G05B13/04
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明提供了一種四旋翼無人機的非奇異自適應非光滑姿態跟蹤控制方法，包括:預設給定姿態角、給定轉動速度和給定轉動加速度；并獲取所述四旋翼無人機的當前姿態角和當前轉動速度；計算給定姿態角、給定轉動速度同當前姿態角、當前轉動加速度的計算誤差值，并根據姿態角和轉動加速度計算回歸向量；根據所述計算誤差值計算非光滑控制項；根據所述回歸向量和計算誤差值得到參數估計量；根據所述回歸向量、參數估計量、非光滑控制項得到控制量；根據所述控制量、所需升力及旋翼類型計算生成旋翼轉速；本發明消除了光滑控制導致的奇異問題，改善了控制器性能，提高了四旋翼無人機的姿態跟蹤控制動態與靜態品質，同時改善了控制器的實用性。

技術領域

本發明涉及無人機控制技術領域，特別是一種無人機非奇異自適應非光滑姿態跟蹤控制方法。

技術背景

隨著自動化技術、計算機技術、芯片技術等技術水平的不斷提高，無人機的應用領域已經從單純的軍事領域擴展到民用領域；作為多旋翼無人機的一種，四旋翼無人機具有結構簡單、體積小、飛行速度快、續航能力強等多種優點，可廣泛用于偵察監視、交通監管、航空拍攝等領域具有極大的應用前景，而且四旋翼無人機具有垂直升降和懸停能力，能較好的應用于城市環境。

目前在四旋翼無人機的高品質姿態跟蹤控制方面主要有以下幾種方法：一是利用傳統的自適應控制方法設計的控制器，該類方法可以消除參數不確定性的影響，但在軌跡跟蹤誤差收斂速度及外部擾動的抑止方面性能有限；二是利用滑模變結構控制方法設計的滑模控制器，這類方法可以使得系統狀態在滑模面上對參數攝動和外干擾時具有不變性，且具有無需系統在線辨識參數、物理實現簡單等優點。但在實際應用中存在抖振問題，因此工程應用方面存在較大困難。三是有限時間控制，該方法具有更快的收斂速度，且穩態誤差邊界更小，具有更強的抗擾動能力，但對于負載變化不具有自適應能力，因此其控制品質受擾動影響較大。

發明內容

本發明提供了一種無人機非奇異自適應非光滑姿態跟蹤控制方法，通過非光滑控制和自適應控制有機結合，并引入改進的QIN函數優化控制器結構消除了控制器的奇異問題，且提高了控制器的性能。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案為：提供一種無人機非奇異自適應非光滑姿態跟蹤控制方法，所述方法應用于四旋翼無人機的處理器，所述方法包括：

預設給定姿態角、給定轉動速度和給定轉動加速度；并獲取所述四旋翼無人機的當前姿態角和當前轉動速度；

計算給定姿態角、給定轉動速度同當前姿態角、當前轉動加速度的計算誤差值，并根據姿態角和轉動加速度計算回歸向量；

根據所述計算誤差值計算非光滑控制項；

根據所述回歸向量和計算誤差值得到參數估計量；

根據所述回歸向量、參數估計量、非光滑控制項得到控制量；

根據所述控制量、所需升力及旋翼類型計算生成旋翼轉速。

進一步的，所述“計算給定姿態角、給定轉動速度同當前姿態角、當前轉動加速度的計算誤差值，并根據姿態角和轉動加速度計算回歸向量”具體為：

通過下述公式，計算計算誤差值z及回歸向量Φ：

其中，為3*3的正定對角增益矩陣，g(q-q_r，α₁，σ)＝[g(φ-φ_r，α₁，σ)g(θ-θ_r，α₁，σ)g(ψ-ψ_r，α₁，σ)]^T，