[發明專利]一種針對固定翼無人機棲落的自抗擾控制方法

在審

• 申請號: 202110335376.8
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113093769A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 許斌;宋燕隨
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G05D1/06
• 分類號: G05D1/06
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 劉新瓊

本發明涉及一種針對固定翼無人機棲落的自抗擾控制方法，屬于無人機控制領域。本方法針對固定翼無人機縱向棲落過程中存在大攻角、氣動參數快時變、執行器控制舵效低等問題，首先設計最優參考軌跡，其次基于最優參考軌跡設計參考指令，并將當前飛行位置引入到參考指令計算中，從而避免因控制器跟蹤誤差的累積效應導致無人機偏離最優軌跡。最后，將無人機軌跡跟蹤控制系統分解為速度控制子系統和俯仰角控制子系統，并分別設計自抗擾控制器。經驗證，所提控制方法能有效解決固定翼無人機縱向棲落中存在的主要問題。

技術領域

本發明涉及一種固定翼無人機棲落機動控制方法，屬于無人機控制領域，尤其涉及一種特殊應用的固定翼無人機控制。

背景技術

作為常見作戰無人機，固定翼無人機在續航能力、飛行范圍以及巡航速度等方面具有明顯的優勢，但固定翼無人機采用滑行減速、撞網和傘落等復雜降落方式，具有場地空間需求大、地面輔助降落裝置復雜和落點不確定等缺點，若固定翼無人機可以實現類似鳥一樣自由降落于地面、樹枝等位置，將從很大程度上彌補目前固定翼無人機依賴于跑道起降的不足。另外，固定翼無人機棲落后，可實現全天候滯空等，對提高戰場環境下生存及偵查能力具有重要意義。

固定翼無人機棲落機動需經歷過失速階段，當無人機超過失速攻角、進入失速禁區后，涉及諸多飛行問題。在過失速區域，飛機氣動力特性變得非常復雜，其控制策略、設計方法和系統結構等方面都與常規系統有很大不同。針對固定翼無人機棲落，專利公開號：CN111232197 A從結構設計角度提出一種增強棲落控制能力的方法，但沒有闡明控制方法。文章《Control Synthesis and Verification for a Perching UAV using LQR-Trees》針對一類無動力滑翔機棲落，設計一種基于LQR的控制方法，但對模型精度要求較高，未能很好的處理模型不確定及外部擾動。針對無人機棲落過程涉及的大攻角機動、模型參數快時變、執行器效率急劇降低等問題，常規的飛行控制策略及方法難以處理。

發明內容

要解決的技術問題

為解決無人機棲落過程種模型參數快時變及操縱能力不足的問題，本發明設計了一種針對固定翼無人機棲落的自抗擾控制方法。首先針對固定翼無人機縱向棲落模型，設計最優參考軌跡，其次按照控制輸入與系統狀態變量間的動力學關系，進一步分解出速度控制子系統與俯仰姿態控制子系統，最后針對兩個子系統分別設計自抗擾軌跡跟蹤控制器。

技術方案

一種針對固定翼無人機棲落的自抗擾控制方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：考慮固定翼無人機棲落機動縱向運動學模型：

該縱向棲落模型包含七個狀態變量和兩個控制輸入其中V表示速度、γ表示航跡角、α表示攻角、q表示俯仰角速率、x表示水平飛行距離、h表示垂直飛行高度、s表示飛行軌跡長度、T表示螺旋槳拉力、δ_e表示升降舵偏轉量；m表示無人機質量，g表示重力加速度，I_y表示俯仰軸轉動慣量；D,L,M分別表示升力、阻力、俯仰力矩；

步驟2：生成棲落最優參考軌跡

引入增廣狀態向量，記為而新的控制輸入信號則定義為原控制信號的導數，即速率信號，記為

設計最優棲落軌跡的初始條件為水平飛行時的配平狀態，記為