【技术实现步骤摘要】
一种适用于四旋翼飞行器的滑模重复控制器
本专利技术涉及重复控制技术，尤其适用于四旋翼飞行器对周期性位置指令的跟踪控制。
技术介绍
四旋翼飞行器是一种四个螺旋动力机构以十字交叉、同一平面固定排列的飞行装置。其机械结构简单、操控灵活、体积小、成本低，易于实现无人驾驶、定点悬停或者垂直起降等功能，近年来在民用和军事等多个领域得到了广泛应用。四旋翼飞行器通过四个电机旋转产生升力，通过对角电机之间的转差形成偏航、俯仰和滚转力矩。升力和三种力矩共同作用实现飞行器地理位置和飞行姿态的控制。因此，四旋翼飞行器具有四个输出，六个输出，是一种典型的欠驱动、非线性、强耦合的多输入多输出系统。这使得飞行器控制器的设计相对比较困难。Gonzalez-vazquezS等人利用传统的PID控制方法实现了四旋翼飞行器的位置和姿态控制，但是很难同时缩短瞬态响应时间和降低超调量，且多输入多输出系统的控制器多参数整定依赖于设计者的经验，难以推广应用(Gonzalez-vazquezS,Moreno-valenzuelaJ.AnewnonlinearPI/...
【技术保护点】
1.一种适用于四旋翼飞行器的滑模重复控制器，其特征在于，将高次函数和对数函数在第一象限中更强的调节能力用于趋近律衰减因子，设计改进趋近律/n
【技术特征摘要】
1.一种适用于四旋翼飞行器的滑模重复控制器，其特征在于，将高次函数和对数函数在第一象限中更强的调节能力用于趋近律衰减因子，设计改进趋近律
其中0＜ρ＜1，ε＞0，λ＞1，ln(·)为自然对数函数，表示向下取整函数，当sk远离滑模面时，指数项和对数项共同作用，提高趋近速率；当sk接近滑模面时，高次函数作为衰减因子，其参数λ用于调节ε的衰减速度，避免稳态抖振；
改进趋近律(1)的收敛性分析过程如下：
1)设sk≥1，则η＝1，所以
考虑到当sk＝1时，ln(sk)＝sk-1且当sk＞1时，所以有ln(sk)∈[0,sk-1)，因此，不等式恒成立，且当时，
2)设0＜sk＜1，则η＝0，所以
考虑到所以不等式恒成立，当ρ+ε＜1时，sk+1≥(1-ρ-ε)sk＞0；
综上所述，若取ρ+ε＜1，那么当sk＞0时，有0＜sk+1＜sk即sk同号单调收敛，由于趋近律(1)是关于原点对称的奇函数，所以当sk＜0时有sk＜sk+1＜0，因此，ρ+ε＜1是sk同号单调收敛即0＜sk+1sgn(sk)＜|sk|的充分条件；
四旋翼飞行器的对称结构模型和参考坐标中，[x,y,z]表示飞行器的地理位置坐标，[x',y',z']表示飞行器的机体坐标，原点定于飞行器的质心位置，[φ,θ,ψ]表示飞行器姿态的欧拉角，分别为滚转角、俯仰角和偏航角，若以F1，F2，F3和F4分别代表1-4号旋转电机的升力，则F4-F2产生横滚力矩，F3-F1产生俯仰力矩，F2+F4-F1-F3产生偏航力矩，根据Lagrange方程导出四旋翼飞行器的动力学模型，含位置子系统
和姿态子系统
其中飞行器总质量为m，质心到四个旋转电机中心的距离均为l，Kx、Ky和Kz分别代表沿三个地理坐标方向的平移阻力系数，Kφ、Kθ和Kψ分别代表围绕三个机体坐标轴旋转的阻力系数，Ix、Iy和Iz代表围绕三个机体坐标轴的转动惯量，C为升力与偏航力矩的比例，g为重力加速度，x、y、z、vx、vy和vz分别代表三个地理坐标方向的位移和速度，φ、θ、ψ、ωφ、ωθ和ωψ分别代表围绕三个机体坐标轴转角和转速，fx、fy、fz、fφ、fθ和fψ为外界干扰，u1、u2、u3和u4分别代表飞行器总升力、滚转力矩、俯仰力矩和偏航力矩，与1-4号电机升力的关系为
将式(4)和(5)离散化，得到位置子系统
和姿态子系统
其中wx,k＝TSfx,k,wy,k＝TSfy,k,wz,k＝TSfz,k,wφ,k＝TSfφ,k,wθ,k＝TSfθ,k,wψ,k＝TSfψ,k，因为模型(7)和8)所表示的四旋翼飞行器是四输入六输出的欠驱动系统，无法对所有六个自由度独立控制，令虚拟控制量
则轴向的位移与速度表示为
由于只有四个控制输入，控制目标为地理位置坐标上三...
【专利技术属性】
技术研发人员：周文委，孙明轩，翁国庆，张有兵，陈强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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