[發明專利]一種復合翼無人機的自抗擾控制器及其建立方法

在審

• 申請號: 202110390918.1
• 申請日: 2021-04-12
• 公開（公告）號: CN113093809A
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 夏元清;趙海龍;張金會;戴荔;孫中奇;劉坤;閆莉萍;翟弟華;郭澤華;崔冰;鄒偉東;郭前琛
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G05D1/08
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 代麗;郭德忠

本發明提供了一種復合翼無人機的自抗擾控制器及其建立方法，在基于自抗擾控制的復合翼無人機控制方式中加入了過渡過程，增加了控制的穩定性。自抗擾控制器具有精度高、抗擾能力強的優點，避免了復合翼無人機在飛行過程中涉及模式切換過程中出現高度控制不穩定的現象，將復合翼無人機的兩個系統融合并實現穩定飛行。

技術領域

本發明屬于無人機技術領域，具體涉及一種復合翼無人機的自抗擾控制器及其建立方法。

背景技術

無人飛行器(Unmanned aerial vehicle,UAV)簡稱無人機，是指利用無線電設備進行遙控或計算機程序自主控制的不載人飛行器，具有使用簡單，安全性高，成本低廉的特點。早期無人機種類單一，飛行高度低，續航能力差，應用場景有限。伴隨著微處理器、微型電機、新型能源、新型復合材料等快速發展，無人機變得種類繁多，飛行高度和續航能力大幅度提升。

由于不同應用場景(作業高度、作業距離、作業時間、任務種類等)對無人機有著不同的需求，誕生出了多種類型的無人飛行器，固定翼與旋翼組成復合式結構無人飛行器，稱作復合翼無人機，是一種垂直起降固定翼無人機。這種無人機兼顧了旋翼和固定翼的優勢，廣泛應用于復雜場景測繪、救災救援、農業植保、物流配送等方面，具有重要的研究意義和應用價值。復合翼無人機的控制涉及兩個模式的切換，目前市面上大多數復合翼無人機在旋翼系統和固定翼系統之間過渡切換過程中存在控制不穩定性現象，經常出現切換過程中無人機高度突然下降或者高度控制不穩定的現象，特別在過渡模式下，當復合翼無人機收到干擾后，飛行高度極其容易出現較大波動甚至墜機，使用自抗擾控制器后，具有一定改善，但仍有不少問題。因此如何將復合翼無人機的兩個系統融合并實現穩定飛行，具有極大的挑戰性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種復合翼無人機的自抗擾控制器及其建立方法，在基于自抗擾控制的復合翼無人機控制方式中加入了過渡過程，增加了控制的穩定性。

為實現上述目的，本發明的一種復合翼無人機的自抗擾控制器，包括跟蹤微分器、擴張狀態觀測器以及系統控制律；

其中，跟蹤微分器用于給輸入信號安排過渡過程和提取微分；擴張狀態觀測器用于用來實時估計系統的擾動并實時給予補償；系統控制律用于提高系統動態性能；

其中，通過非線性權重分配提高過渡平穩性，具體如下：

其中，α是固定翼系統權重，V是無人機空速，V_min是最小轉化空速，V_max是最大轉化空速，C_L為升力系數，是以空速V進行巡航時的迎角。

其中，所述跟蹤微分器形式如下所示：

fh＝fhan(v₁(k)-v(k),v₂(k),r,h₁)

v₁(k+1)＝v₁(k)+h₂v₂(k)

v₂(k+1)＝v₂(k)+h₂fh

其中v(k)代表輸入離散信號，fhan為最速綜合函數，v₁(k)與v₂(k)分別為跟蹤的輸入信號本身以及其導數，r,h₁分別代表放大因子與濾波因子，h₂代表步長因子；

最速綜合函數fhan(x₁,x₂,r,h)具體表達式如下所示：

d＝rh²,a₀＝hx₂