基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，包括以下步骤：建立四旋翼的动力学模型；设计与动力学模型相对应的线性扩张观测器；设计与动力学模型相对应的非奇异快速终端滑模控制律；设计多个性能优化指标，并采用果蝇算法对线性扩张观测器和非奇异快速终端滑模控制律中的控制参数进行整定，得到四旋翼轨迹跟踪控制器；通过四旋翼轨迹跟踪控制器对四旋翼飞行器进行控制。本发明专利技术能够提高四旋翼轨迹跟踪控制的收敛速度和鲁棒性，并能够有效估计系统集总干扰影响，从而有效抑制抖振，提高四旋翼轨迹跟踪控制的精度。

Nonsingular Terminal Sliding Mode Control of Four Rotors Based on Linear Expansion Observer

【技术实现步骤摘要】
基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法
本专利技术涉及飞行器控制
，具体涉及一种基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法。
技术介绍
四旋翼飞行器是一种集控制、机械、传感器、人工智能等跨学科先进技术为一体的空中飞行机器人，近年来一直是国内外学者们研究的热点，并且具有广泛的军用与民用价值，例如敌情侦察、地形勘测、城市建模、航拍娱乐等。然而，由于四旋翼飞行器是一种高非线性、强耦合、欠驱动的多输入多输出系统，对其设计高精度的轨迹跟踪控制器难度较大，同时，由系统外部不确定性与内部动态变化组成的复杂集总干扰，也会进一步加剧高精度的轨迹跟踪控制器的设计难度。目前对于四旋翼的轨迹跟踪控制器的设计大致可分为两类：线性控制器与非线性控制器。其中线性控制器需要被控对象的精确模型才能设计出控制律，诸如LQR、模型预测控制、H∞控制等，上述控制策略适合某些固定工作点或小范围飞行包线内的线性模型，并不能涵盖大范围的飞行包线，但非线性控制器能够实现大范围飞行包线控制，具有半全局或全局稳定性，理论研究价值更高。然而，实际飞行中的四旋翼飞行器总是存在着被复杂集总干扰(像阵风扰动、驱动电机失效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括：建立四旋翼的动力学模型；设计与所述动力学模型相对应的线性扩张观测器；设计与所述动力学模型相对应的非奇异快速终端滑模控制律；设计多个性能优化指标，并采用果蝇算法对所述线性扩张观测器和所述非奇异快速终端滑模控制律中的控制参数进行整定，得到四旋翼轨迹跟踪控制器；通过所述四旋翼轨迹跟踪控制器对四旋翼飞行器进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，包括：建立四旋翼的动力学模型；设计与所述动力学模型相对应的线性扩张观测器；设计与所述动力学模型相对应的非奇异快速终端滑模控制律；设计多个性能优化指标，并采用果蝇算法对所述线性扩张观测器和所述非奇异快速终端滑模控制律中的控制参数进行整定，得到四旋翼轨迹跟踪控制器；通过所述四旋翼轨迹跟踪控制器对四旋翼飞行器进行控制。2.根据权利要求1所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述动力学模型包括位置动力学与姿态动力学两部分，以以下6个二阶系统作为6个独立的控制通道：其中，[x,y,z]为三轴位置，[φ,θ，ψ]为三轴姿态角，U1为总距输入，U2为俯仰输入，U3为滚转输入，U4为偏航输入，m为整机质量，g为重力加速度，I＝[Ixx,Iyy,Izz]T为惯性矩，d1～d6为各通道上的集总干扰。3.根据权利要求2所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，二阶系统对应的线性扩张观测器为：其中，是二阶系统中状态量[x1,x2,x3]T的估计值，x3为集总干扰，y为系统实际输出，为系统估计输出，b为控制器增益，通过实现对集总干扰x3的估计。4.根据权利要求3所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，其中，L通过极点配置的方式计算获得：其中，ωo＞0是观测器增益。5.根据权利要求4所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法，其特征在于，所述非奇异快速终端滑模控制律为：其中，ue为等效控制律，ur为趋近律，ur＝b-1(k1s+k2sig(s)p)，其中，b为控制器参数，β与γ为权重因子，β＞0，1＜γ＜2，跟踪误差e为期望信号xr与估计信号的差，s为滑模面，p为滑模因子。6.根据权利要求5所述的基于线性...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁力，虞青，高振奇，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32