一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法和装置制造方法及图纸

本申请提供了一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法和装置，包括：采集飞行器的姿态角，计算姿态角与期望参考姿态角之间的误差；姿态角包括俯仰角和滚转角；设计观测器，根据姿态角误差，期望姿态信息和标称控制信号，生成姿态角速度误差的估计值；设计标称控制器，根据姿态角误差和姿态角速度估计值，更新标称控制信号；设计鲁棒补偿器，根据飞行器输出量，生成鲁棒补偿信号；根据标称控制信号和鲁棒补偿信号，生成控制输入信号。根据控制输入信号，控制所述飞行器姿态。

【技术实现步骤摘要】
一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法和装置
本申请涉及飞行器控制
，具体而言，涉及一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法和装置。
技术介绍
近年来，无人飞行器的发展受到了社会的持续关注，无人飞行器具有机动灵活、体积小、维护简单等优点，在民用和军事领域都具有广泛的应用。三自由度飞行器的系统结构简单，具有非线性、欠驱动等特点，可以实现对无人飞行器较为真实的模拟，是实现无人飞行器控制律设计的理想的实验平台。由于三自由度飞行器动态模型的不确定性，其控制系统设计具有挑战。在三自由度飞行器模型中存在参数不确定，三自由度飞行器是具有强轴间耦合的非线性系统；此外，其飞行性能也会受到诸如阵风等外界干扰的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法和装置，用于解决现有技术中为飞行器飞行过程中不稳定问题。第一方面，本申请实施例提供了一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法，该方法包括：根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和俯仰观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的俯仰控制输入信号；根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的滚转控制输入信号；根据所述俯仰控制输入信号和所述滚转控制输入信号，控制所述飞行器的飞行姿态。可选地，根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，包括：计算俯仰信号与俯仰参考信号的差，并将该差值作为俯仰角误差；基于所述俯仰角误差、俯仰参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定俯仰角速度误差的估计值；基于所述俯仰角误差和所述俯仰角速度误差的估计值，确定所述俯仰标称控制信号。可选地，根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒信号，包括：根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量，以及预设的俯仰标称控制参数，确定俯仰鲁棒补偿频域信号；利用拉普拉斯反变换公式对所述俯仰鲁棒补偿频域信号进行处理，得到所述俯仰鲁棒补偿信号。可选地，根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，包括：计算滚转信号与滚转参考信号的差，并将该差值作为滚转角误差；基于所述滚转角误差、滚转参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定滚转角速度误差的估计值；基于所述滚转角误差和所述滚转角速度误差的估计值，确定所述滚转标称控制信号。可选地，根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒信号，包括：根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量，以及预设的滚转标称控制参数，确定滚转鲁棒频域信号；利用拉普拉斯反变换公式对所述滚转鲁棒频域信号进行处理，得到所述滚转鲁棒信号。第二方面，本申请实施例提供了一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制装置，该装置包括：第一处理模块，根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和俯仰观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的俯仰控制输入信号；第二处理模块，根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的滚转控制输入信号；第三处理模块，用于根据所述俯仰控制输入信号和所述滚转控制输入信号，控制所述飞行器的飞行姿态。可选地，所述第一处理模块具体用于：计算俯仰信号与俯仰参考信号的，差并将该差值作为俯仰角误差；基于所述俯仰角误差、俯仰参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定俯仰角速度误差的估计值；基于所述俯仰角误差和所述俯仰角速度误差的估计值，确定所述俯仰标称控制信号。可选地，所述第一处理模块具体用于：根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量，以及预设的俯仰标称控制参数，确定俯仰鲁棒频域信号；利用拉普拉斯反变换公式对所述俯仰鲁棒频域信号进行处理，得到所述俯仰鲁棒信号。可选地，所述第二处理模块具体用于：计算滚转信号与滚转参考信号的差，并将该差值作为滚转角误差；基于所述滚转角误差、滚转参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定滚转角速度误差的估计值；基于所述滚转角误差和所述滚转角速度误差的估计值，确定所述滚转标称控制信号。可选地，所述第二处理模块具体用于：根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量，以及预设的滚转标称控制参数，确定滚转鲁棒频域信号；利用拉普拉斯反变换公式对所述滚转鲁棒频域信号进行处理，得到所述滚转鲁棒信号。根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的俯仰控制输入信号；根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的滚转控制输入信号；通过对俯仰和滚转信号分别处理，实现解耦，提高了飞行器的动态和稳态跟踪性，易于实现并应用。通过鲁棒补偿抑制飞行器中存在的多种不确定性的影响。同时，也避免了获取并对飞行器的角速度进行处理的步骤，使得对飞行器的控制更加稳定。为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本申请实施例涉及的一种无人飞行器的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法的流程示意图；图3为本申请实施例提供的一种无人飞行器中信号控制流向的示意图；图4为本申请实施例提供的一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制装置的结构示意图；图5A-B分别为本申请实施例一中提供的一种俯仰角的响应效果图和滚转角的响应效果图；图6A-B分别为本申请实施例提供的一种俯仰角的跟踪误差效果图和滚转角的跟踪误差效果图；图7A-B分别为本申请实施例二提供的一种俯仰角的响应效果图和滚转角的响应效果图；图8A-B分别为本申请实施例三提供的一种俯仰阶跃响应效果图和俯仰稳态误差效果图；图9A-B分别为本申请实施例三提供的一种滚转阶跃响应效果图和滚转稳态误差效果图。具体实施方式为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法，其特征在于，该方法包括：根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和俯仰观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的俯仰控制输入信号；根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的滚转控制输入信号；根据所述俯仰控制输入信号和所述滚转控制输入信号，控制所述飞行器的飞行姿态。

【技术特征摘要】
1.一种无人飞行器的鲁棒输出姿态控制方法，其特征在于，该方法包括：根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和俯仰观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的俯仰控制输入信号；根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，以及根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒补偿信号，确定所述飞行器的滚转控制输入信号；根据所述俯仰控制输入信号和所述滚转控制输入信号，控制所述飞行器的飞行姿态。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的飞行器输出的俯仰信号、设定的俯仰参考信号和俯仰观测器输出的俯仰角速度误差估计信号确定的第一俯仰标称控制信号，包括：计算俯仰信号与俯仰参考信号的差，并将该差值作为俯仰角误差；基于所述俯仰角误差、俯仰参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定俯仰角速度误差的估计值；基于所述俯仰角误差和所述俯仰角速度误差的估计值，确定所述俯仰标称控制信号。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量确定的俯仰鲁棒信号，包括：根据获取的飞行器输出的俯仰鲁棒输出量，以及预设的俯仰标称控制参数，确定俯仰鲁棒补偿频域信号；利用拉普拉斯反变换公式对所述俯仰鲁棒补偿频域信号进行处理，得到所述俯仰鲁棒补偿信号。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的飞行器输出的滚转信号、设定的滚转参考信号和滚转观测器输出的滚转角速度误差估计信号确定的第一滚转标称控制信号，包括：计算滚转信号与滚转参考信号的差，并将该差值作为滚转角误差；基于所述滚转角误差、滚转参考信号，以及记录的第二俯仰标称控制信号，确定滚转角速度误差的估计值；基于所述滚转角误差和所述滚转角速度误差的估计值，确定所述滚转标称控制信号。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量确定的滚转鲁棒信号，包括：根据获取的飞行器输出的滚转鲁棒输出量，以及预设的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昊，张健松，蔡国飙，刘德元，赵万兵，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11