一种四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法技术

本发明专利技术公开了一种四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法。建立四旋翼无人机位置系统模型，将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转化为位置环跟踪误差的镇定问题；引入虚拟控制量，建立四旋翼无人机位置子系统高阶滑模干扰观测器；建立四旋翼无人机复合非线性动态逆控制器，保证受扰的四旋翼无人机位置系统动态渐进跟踪其参考轨迹；通过代数转换，将虚拟控制量转化为四旋翼无人机的真实控制量。本发明专利技术能够在有限时间内观测到系统集总干扰并对其进行动态补偿，使四旋翼无人机具备更好的抗干扰性能和鲁棒性。

An active anti-interference tracking control method for circular trajectory of four rotor UAV

【技术实现步骤摘要】
一种四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法
本专利技术属于飞行控制
，特别涉及了一种四旋翼无人机的控制方法。
技术介绍
四旋翼无人机是一种能够垂直起降和空中悬停的无人机，由于其结构简单、控制方便，飞行环境通用性强、维护成本低等优点，已经被广泛应用于航空侦察、高空拍摄、环境灾害监测、灾难救援等领域，具有重要的研究意义和应用前景。在控制理论研究领域，四旋翼无人机系统控制是一个典型的多输入-多输出、非线性特性明显、状态耦合严重的标杆问题。除此之外，四旋翼无人机飞行过程还会受到内部气动参数摄动、摩擦等未建模动态外界阵风干扰以及环境不确定性因素等多源干扰的影响，因此抗干扰控制成为四旋翼无人机控制系统设计急需解决的关键问题。目前，针对四旋翼无人机的抗干扰控制问题，国内外学者给出了多种抗干扰控制策略，包括依靠系统鲁棒性被动地消除干扰的鲁棒控制策略和依靠扩张状态观测器对干扰进行实时观测和前馈补偿的主动抗干扰控制策略。但是现有的鲁棒控制策略的抗干扰性能是以牺牲系统标称性能为代价获取的，而基于扩张状态观测器的主动抗干扰控制策略虽然能获得很好的控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)建立四旋翼无人机位置系统模型，将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转化为位置环跟踪误差的镇定问题；/n(2)引入虚拟控制量，建立四旋翼无人机位置子系统高阶滑模干扰观测器；/n(3)建立四旋翼无人机复合非线性动态逆控制器，保证受扰的四旋翼无人机位置系统动态渐进跟踪其参考轨迹；/n(4)通过代数转换，将虚拟控制量转化为四旋翼无人机的真实控制量。/n

【技术特征摘要】
1.一种四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)建立四旋翼无人机位置系统模型，将四旋翼无人机的轨迹跟踪问题转化为位置环跟踪误差的镇定问题；
(2)引入虚拟控制量，建立四旋翼无人机位置子系统高阶滑模干扰观测器；
(3)建立四旋翼无人机复合非线性动态逆控制器，保证受扰的四旋翼无人机位置系统动态渐进跟踪其参考轨迹；
(4)通过代数转换，将虚拟控制量转化为四旋翼无人机的真实控制量。


2.根据权利要求1所述四旋翼无人机圆形轨迹主动抗干扰跟踪控制方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述四旋翼无人机位置系统模型如下：



其中，x表示四旋翼无人机x轴向位移，y表示四旋翼无人机y轴向位移，z表示四旋翼无人机z轴向位移，字母上方一点表示其一阶微分，字母上方两点表示其二阶微分；x轴正向定义为沿当地经线的切向方向，指向正北方；y轴正向定义为沿当地纬线切向方向，指向正东方；z轴正向定义为垂直于当地水平面，指向地心方向；Dx,Dy,Dz表示三个轴向的集总干扰；φ表示四旋翼无人机的滚转角，θ表示四旋翼无人机的俯仰角，ψ表示四旋翼无人机的偏航角；m表示四旋翼无人机的质量，g表示重力加速度，UP表示由四旋翼无人机产生的总升力，kd表示空气阻尼系数；
定义位置跟踪误差：
ex＝x-xd,ey＝y-yd,ez＝z-zd
其中，ed,ed,ed为三轴位置跟踪误差，xd,yd,zd为三轴轨迹参考信号；
建立位置环跟踪误差子系统：



则位置环跟踪误差子系统的控制输入为φ、θ、ψ和UP。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵振华，曹东，李春涛，张朋，路红飞，邵海龙，
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