一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法
专利汇可以提供一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种适用于小型无人 飞行器 的抗干扰 姿态 控制方法，包括以下五大步骤：将飞行器模型分解为确定部分和扰动项；根据飞行器的分解模型设计基于飞行状态估计的扰动观测器；根据飞行器模型的确定部分设计姿态 控制器 ，加入抗扰动积分器，形成积分反步姿态控制器；将积分反步姿态控制器中的扰动项用扰动观测器的输出替换，得到抗干扰姿态控制器；对抗干扰姿态控制器进行 稳定性 分析，得到控制参数取值准则。与 现有技术 相比：抗干扰控制器能够快速对外来扰动做出反应，并且对持续、时变的扰动具有较强鲁棒性；能够对外来扰动进行抑制，提升恶劣环境下控制性能，降低数学模型不精确带来的不利影响，减少建模工作量，抗干扰姿态控制器参数整定便捷。，下面是一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法专利的具体信息内容。
1.一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：将小型无人飞行器的姿态控制系统分解为扰动观测器和姿态控制器两部分，并分两步实现；首先设计扰动观测器和姿态控制器；然后将两部分进行综合，得到具有抗干扰能力的飞行姿态控制器；
将未建模动态、模型参数的不准确和外来干扰统一视为扰动项，用反步法设计姿态控制器；
针对扰动项设计扰动观测器；将姿态控制器中假设已知的扰动项用扰动观测器的输出代替，得到一复合控制器；给该复合控制器引入抗扰动积分器，进而得到抗干扰姿态控制器；
具体包括以下步骤：
步骤1：飞行器建模及模型分解；
步骤2：根据飞行器的分解模型设计基于飞行状态估计的扰动观测器；
步骤3：设计积分反步姿态控制器；
步骤4：设计抗干扰姿态控制器；
步骤5：确定控制参数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：步骤1中所述的“飞行器建模及模型分解”的具体步骤如下：
步骤1.1：飞行器转动的理想模型为
T
其中ω＝(p，q，r) 代表机体坐标系中飞行器的转动角速率，p、q和r分别代表滚转角速率、俯仰角速率和偏航角速率；J为3×3的惯性矩阵，τ为作用于飞行器质心的控制力矩；
步骤1.2：式(1)所示的数学模型可以描述飞行器三自由度转动的动态特性，但飞行器在飞行过程中会遭受空气动力学效应、未建模动态以及外来扰动的影响，将这些不确定项统一作为扰动项d加入式(1)中，可得
T
其中d＝(dx，dy，dz) 代表各个轴向受到的扰动力矩；这样一来，只要能够准确的估计d，即可得到飞行器动态行为的准确描述。
3.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：步骤2中所述的“根据飞行器的分解模型设计基于飞行状态估计的扰动观测器”的具体步骤如下：
步骤2.1：根据(2)式所示飞行器模型，本发明使用以下形式的观测器动态估计飞行器承受的扰动：
其中 和 是观测器估计的飞行姿态和扰动项， 为飞行姿态的估计误差，L1和L2是观测器的参数矩阵；
步骤2.2：其选择原则由下式给出：
L1＝k1I3 (4)
L2＝k2I3
其中I3表示3×3的单位矩阵，k1和k2为大于零的实数；k1和k2选取的越大，扰动观测器跟踪系统状态和外来扰动的能力越强，但在实际应用中，它们不可能取到任意大的值，一般取到能够避免驱动器饱和和高频震荡的最大值。
4.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：步骤3中所述的“设计积分反步姿态控制器”的具体步骤如下：
步骤3.1：将式(2)写成方程组的形式，并进行以下变量代换
T T
U＝(u1，u2，u3) ＝(τx，τy，τz) (6)
其中φ，θ，ψ分别表示飞行器的滚转角、俯仰角和偏航角。则可以得到如下模型：
其中
a1＝(Iyy-Izz)/Ixx；b1＝1/Ixx
a1＝(Izz-Ixx)/Iyy；b2＝1/Iyy (8)
a1＝(Ixx-Iyy)/Izz；b3＝1/Izz
步骤3.2：给定目标滚转角 由滚转角测量值x1可得其跟踪误差 考虑李雅普诺夫函数形如
步骤3.3：使用李雅普诺夫理论，上式的时间导数应保证半负定，即 应
小于等于零；选择虚拟控制量 α1＞0可保证 从而保证了稳定
性；接下来问题变成令滚转角速度跟踪虚拟控制量；
步骤3.4：考虑误差 和增量李雅普诺夫函数 为保证
其时间导数半负定，滚转角控制律应选为
其中α1＞0和α2＞0为滚转角控制律的参数。
步骤3.5：与滚转角控制律的设计类似，可得到俯仰角的控制律为
其中α3＞0和α4＞0为滚转角控制律的参数；
步骤3.6：航向角的控制律为
其中α5＞0和α6＞0为滚转角控制律的参数。
5.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：步骤4中所述的“设计抗干扰姿态控制器”的具体步骤如下：
将积分反步姿态控制器中的扰动项用扰动观测器的输出代替，可得到以下抗干扰姿态控制器：
其中 由以下干扰观测器得到：
6.根据权利要求1所述的一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法，其特征在于：步骤5中所述的“确定控制参数”的具体步骤如下：
抗干扰姿态控制器的参数确定准则可由下式给出：
其中 而 为扰动观测器估计误差的上界，该值可由扰动观测器的参数选择而大致确定。
一种适用于小型无人飞行器的抗干扰姿态控制方法
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
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