倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制方法技术

本发明专利技术涉及倾转式三旋翼无人机的容错控制，为提出不需要故障诊断、鲁棒的、可行性高的非线性容错控制算法，在倾转式三旋翼无人机发生尾部舵机堵塞故障的情况下，实现对姿态运动的稳定控制。本发明专利技术，倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制方法，步骤如下：建立倾转式三旋翼无人机故障模型：控制器设计，自适应律设计，自适应律设计是基于自适应反步法和终端滑模控制。本发明专利技术主要应用于倾转式三旋翼无人机的容错控制场合。

Adaptive robust fault tolerant control method for tilt three rotor UAV

【技术实现步骤摘要】
倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制方法
本专利技术涉及一种倾转式三旋翼无人机的容错控制问题。针对受外界扰动和模型不确定性影响的倾转式三旋翼无人机在尾部舵机发生堵塞故障的情况下，基于自适应反步法和终端滑模控制提出一种鲁棒的容错控制器。
技术介绍
近年来，小型旋翼无人机在搜索救援、电力检修、航空摄影及物流运输等领域得到了广泛的应用，因此科研人员进行了很多相关研究。目前主要的无人机构型包括：较为常见的四旋翼无人机、单旋翼直升机，以及具有特殊结构的三旋翼无人机。其中倾转式三旋翼无人机是一类介于单旋翼与四旋翼无人机之间的无人机构型，它不仅具有机动性强、可垂直起降等优点，而且与四旋翼无人机相比，其具备更加紧凑的机构、更少的能耗以及较长的续航时间等特点。相应的，这也产生了力矩解算和动力学模型的差异性，增加了系统耦合性，提高了控制难度。关于倾转式三旋翼无人机的控制问题，研究人员已经提出一些控制设计策略。法国贡比涅大学(UniversityofTechnologyofCompiegne，UTC)针对尾部带有可倾斜舵机的倾转式三旋翼无人机建立了六自由度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制方法，其特征是，步骤如下：/n1)建立倾转式三旋翼无人机故障模型：/n定义两个坐标系，包括惯性坐标系{E}和体坐标系{B}，选取地面任意一点为惯性坐标系{E}的原点，选取无人机质心为体坐标系{B}原点，按照右手定则分别定义{E

【技术特征摘要】
1.一种倾转式三旋翼无人机的自适应鲁棒容错控制方法，其特征是，步骤如下：
1)建立倾转式三旋翼无人机故障模型：
定义两个坐标系，包括惯性坐标系{E}和体坐标系{B}，选取地面任意一点为惯性坐标系{E}的原点，选取无人机质心为体坐标系{B}原点，按照右手定则分别定义{Ex,Ey,Ez}和{Bx,By,Bz}为惯性坐标系{E}和体坐标系{B}中的基准坐标轴，根据欧拉方程可以得到无人机姿态的动力学模型为



运动学模型为



其中，ω(t)＝[ωφ(t),ωθ(t),ωψ(t)]T为无人机相对于{E}在{B}下的角速度向量，η(t)＝[φ(t),θ(t),ψ(t)]T为姿态角向量，J＝diag{[Jx,Jy,Jz]T}为转动惯量矩阵，τ(t)＝[τφ(t),τθ(t),τψ(t)]T为控制输入力矩，d(t)∈R3×1为外界扰动向量，N(ω,η)∈R3×1为模型不确定性向量，R(η)为角速度转移矩阵，表达了{B}下的角速度向量ω(t)与欧拉角速之间的关系，R(η)的具体表达式为



为了方便分析，将式(1)改写为



其中S(·)表示由向量张成的反对称矩阵，即对于向量ω(t)＝[ωφ(t)，ωθ(t)，ωψ(t)]T，S(ω)为



ρ(t)＝d(t)+N(ω，η)为扰动与不确定性项，
ρ(t)是未知的，但其满足如下不等式，
‖ρ(t)‖<b0+b1‖η‖+b2‖ω‖2(6)
其中b0，b1，b2均为正常数，
将式(4)化简为



其中G(ω)为辅助变量，具体表达式为



倾转式三旋翼无人机力矩-升力模型为



其中，l1，l2，l3为正常数，α(t)表示尾部舵机倾角，fi(t)，i＝1，2，3为三个电机分别产生的升力，并且定义升力向量f(t)＝[f1(t),f2(t),f3(t)]T，k为升力系数与反扭矩系数之间的比值，满足：
μi＝kfi，(10)
其中μi(t)，为三个电机分别产生的反扭矩；
舵机倾角α(t)变化范围在8°以内，因此sinα(t)<<cosα(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲜斌，王栋，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12