【技术实现步骤摘要】
一种无人直升机鲁棒容错跟踪方法
本专利技术属于飞行器鲁棒容错
，特别涉及了一种无人直升机鲁棒容错跟踪方法。
技术介绍
无人直升机是一种不载操作人员、利用机载传感器和自动控制系统自主执行给定任务或者通过无线电遥控设备发送遥控指令执行任务的飞行器。与固定翼无人机相比，无人直升机具有以下特点：1)能够完成定点悬停、垂直起降、原地转弯、任意方向飞等功能；2)不需要特定的机场和跑道，可以在野外恶劣环境下实现垂直起降；3)由于无人直升机的旋翼自转特性，在发动机发生故障导致空中停车时，利用旋翼自转所产生的动力，可以安全下降、着陆。正是由于这些独特的优点，使得无人直升机在敌情侦察、电子对抗、通信中继、搜索救护、交通监控、空中摄影及航空测绘等方面具有广泛的应用前景，成为近年来无人机领域研究的热点。但是，无人直升机本身是一个典型的欠驱动强耦合多变量系统。其有六个运动自由度，若加上挥舞动态、姿态角，还要更多。然而可以用以操纵的控制量除了油门只有四个。这四个操纵量对机体的角速度、姿态和速度的控制作用，不会是相对独立的，而是同时影响多个变量。同时系统状态之间也有明显的耦合，比如横纵向...
【技术保护点】
1.一种无人直升机鲁棒容错跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立同时包含主旋翼挥舞动态和执行器故障的无人直升机6自由度非线性动态模型；(2)将无人直升机系统分为位置子系统、姿态子系统和挥舞子系统，分别对每个子系统设计辅助状态观测器；(3)根据步骤(2)设计的3个子系统的辅助状态观测器，建立鲁棒容错控制器以抑制故障对系统的影响，最终使得系统跟踪上期望的参考轨迹。
【技术特征摘要】
1.一种无人直升机鲁棒容错跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)建立同时包含主旋翼挥舞动态和执行器故障的无人直升机6自由度非线性动态模型；(2)将无人直升机系统分为位置子系统、姿态子系统和挥舞子系统，分别对每个子系统设计辅助状态观测器；(3)根据步骤(2)设计的3个子系统的辅助状态观测器，建立鲁棒容错控制器以抑制故障对系统的影响，最终使得系统跟踪上期望的参考轨迹。2.根据权利要求1所述无人直升机鲁棒容错跟踪方法，其特征在于，在步骤(1)中，无人直升机6自由度非线性动态模型如下：上式中，h1＝[Xg,Yg,Zg]T是直升机的位置向量，h2＝[u,v,w]T是速度向量，h3＝[φ,θ,ψ]T是姿态角向量，h4＝[p,q,r]T是姿态角速率向量，其中Xg,Yg,Zg分别表示直升机的位置在三维空间各个方向上的分量，u,v,w分别表示直升机的速度在三维空间各个方向上的分量，φ,θ,ψ分别表示直升机滚转角，俯仰角和偏航角，p,q,r分别表示直升机的滚转角速率，俯仰角速率和偏航角速率；m是直升机的质量，g是重力加速度，e＝[0,0,1]T，a和b是主旋翼的纵向挥舞角和横向挥舞角，J＝diag{Jxx,Jyy,Jzz}是转动惯量矩阵，τe是主旋翼时间常数，Alon和Blat分别为主旋翼纵向和横向稳定增益，Ta是主旋翼纵向周期变距输入，Tb是主旋翼横向周期变距输入，R是机体坐标系到地面坐标系之间的转换矩阵，H是姿态变换矩阵；合外力Ff＝[0,0,-ρ1Tmr]T，合外力矩其中Tmr和Ttr分别是直升机主旋翼和尾桨产生的拉力，Cm是旋翼刚度系数，Lmx,Lmy,Lmz是主旋翼中心到机体中心之间的距离在三个坐标轴上的分量，Hmx,Hmy,Hmz是尾桨中心到机体中心之间的距离在三个坐标轴上的分量，Qmr是由于空气阻力的存在主旋翼产生的反扭矩，Qmrf＝Ck(ρ1Tmr)1.5+Ek，Ck和Ek是主旋翼扭矩系数；考虑执行器增益失效故障，则故障情况下的控制输入如下：ρu＝[ρ1Tmr,ρ2Ttr,ρ3Ta,ρ4Tb]T其中，u＝[Tmr,Ttr,Ta,Tb]T是控制输入，ρi∈[δ,1]是未知的有效控制效率系数，0＜δ＜1，i＝1,2,3,4。3.根据权利要求2所述无人直升机鲁棒容错跟踪方法，其特征在于，位置子系统的辅助状态观测器如下：上式中，B1是待设计的正定对称矩阵，是h2的估计值，是估计误差，Fl＝di...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈谋，阎坤，吴庆宪，姜斌，盛守照，邵书义，张柯，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32
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