[發明專利]一種基于連續終端滑模的四旋翼軌跡跟蹤控制方法

有效

• 申請號: 201910602826.8
• 申請日: 2019-07-05
• 公開（公告）號: CN110456816B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 李一兵;酒銘楊;孫騫;田園;葉方;張羽;張慧;吳靜
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于連續終端滑模的四旋翼軌跡跟蹤控制方法，其特征在于，包括：

步驟一、根據四旋翼動力學方程的姿態位置耦合特性，將四旋翼系統劃分為內環控制姿態和外環控制位置兩個子系統；

步驟二、引入虛擬控制變量處理外環位置控制變量的欠驅動特性，并計算虛擬控制變量與外環控制變量的關系；

步驟三、對外環的位置控制變量設計基于連續終端滑模的控制率，考慮到xy方向的耦合問題，對設計過程進行滑模面補償和參數自適應；

采用CNTSMA設計位置虛擬控制變量的滑模切換面，并對切換面進行補償：

x_N＝s_x+a_xs_y

y_N＝s_y+a_ys_x

位置控制率為：

其中，x_N,y_N是x和y方向的補償滑模切換面；z_N是z軸的滑模切換面；e_x＝x-x_d,e_y＝y-y_d,e_z＝z-z_d是位置變量與參考位置的誤差變量；k_1x,k_2x,k_3x,k_1y,k_2y,k_3y,k_1z,k_2z,k_3z是三軸的終端滑模系數，按以下規則選取：

a_x,a_y是滑模補償系數，滿足：

滑模控制率的參數采用以下自適應參數：

其中，κ,α＞0是自適應比例系數；μ是自適應均值系數；r＞0是自適應指數；

步驟四、對內環的姿態控制變量設計基于連續終端滑模的控制率；

步驟五、向四旋翼系統輸入參考位置和姿態角，然后將步驟三和步驟四所設計的位置控制率和姿態控制率輸入系統，得到系統下一時刻的位置和姿態；

步驟六、重復步驟三到步驟五，使得四旋翼能持續進行軌跡跟蹤。

2.根據權利要求1所述的一種基于連續終端滑模的四旋翼軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：所述的步驟四中對內環的姿態控制變量設計基于連續終端滑模的控制率，采用連續非奇異終端滑模方法設計姿態控制變量的滑模切換面：

姿態控制率為：

其中，φ_N,θ_N,ψ_N是三軸姿態的滑模切換面；e_φ＝φ-φ_d,e_θ＝θ-θ_d,e_ψ＝ψ-ψ_d是姿態變量與參考姿態角的誤差變量，k_1φ,k_2φ,k_3φ,k_1θ,k_2θ,k_3θ,k_1ψ,k_2ψ,k_3ψ是三軸的終端滑模系數。

3.根據權利要求2所述的一種基于連續終端滑模的四旋翼軌跡跟蹤控制方法，其特征在于：所述的三軸的終端滑模系數選取規則為：