一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法，涉及四旋翼姿态控制领域。首先，建立描述机载陀螺传感器故障的通用方程；其次，以四旋翼角速率故障信号为输出状态，建立考虑机载陀螺故障和环境干扰的四旋翼姿态模型；然后，设计基于相对阈值的事件触发函数，分别针对四旋翼姿态回路及角速度回路构造非周期信息更新的扩张状态观测器，实现机载资源约束条件下对于传感器突发故障、有界环境干扰的同时估计；最后，基于动态逆原理设计虚拟控制量和角速度实际控制方程，确保低机载资源开销下四旋翼姿态可以安全可靠控制。本发明专利技术使四旋翼系统在面对机载陀螺传感器性能退化时控制过程稳定、可靠；实现输出反馈意义下机载计算资源利用率显著提升。

A reliable attitude control method of four rotors considering the fault of airborne gyroscope

【技术实现步骤摘要】
一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法
本专利技术涉及四旋翼姿态控制领域，具体为一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法，主要应用于机载陀螺传感器故障、复杂未知干扰、机载资源受限条件下的四旋翼姿态可靠控制问题。
技术介绍
四旋翼无人机作为现代科学技术的结晶，其本身具有低成本、无人员伤亡、结构简单、易于维护性、操作方便等诸多特点。且在诸多军事、民用场合发挥越来越大的作用，如对进入一些高风险的特殊地区进行实时监测，或近地目标进行针对性、稳定性的观测。然而，四旋翼无人机具有非线性、强耦合、欠驱动等特点，且在飞行过程中经常遭受未知的突发性的外界干扰如：强风、强降雨等。此外，四旋翼机载传感器不可避免遭受恒定漂移、慢变漂移、精度下降、效率损失等测量精度下降问题，上述传感器突发故障都会导致四旋翼控制系统失效或失稳。此外，为了提高对机载电池的利用率，需要保证四旋翼机载数据处理器、传感器、无线通信模块在数据传输过程的间隙采样特性。已有工作大多在机载传感器健康状态下开展四旋翼姿态控制研究，对于机载传感器的故障问题并未明确考虑。此外，已公开报道的四旋翼控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立描述机载陀螺传感器故障的通用方程，所述故障包括恒定漂移、慢变漂移、精度下降、效率损失；/n首先，建立描述四种常见机载陀螺传感器故障的通用方程如下：/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态可靠控制方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)建立描述机载陀螺传感器故障的通用方程，所述故障包括恒定漂移、慢变漂移、精度下降、效率损失；
首先，建立描述四种常见机载陀螺传感器故障的通用方程如下：



其中，Xω,i,Yω,i(i＝1,2,3)分别表示在惯性坐标系中机载陀螺传感器故障前、后的角速度数据；tf,i表示第i个机载陀螺传感器故障时刻；bi,k(t)(k＝1,2,3)分别表示机载陀螺传感器由于恒定漂移、慢变漂移、精度下降所产生的未知误差；λi表示慢变漂移误差系数；κi表示机载陀螺传感器的效率损失因子，表示机载陀螺传感器的最低效率损失因子；
在此基础上，对通用方程进行整理如下：
Yω,i(t)＝Xω,i(t)+fs,i(t)(2)
其中，根据i的三个值，fs,i(t)分别表示三个机载陀螺传感器的等效故障；
(2)在步骤(1)给出的机载陀螺传感器故障通用方程的基础上，以四旋翼角速率故障信号为输出状态，建立考虑机载陀螺故障和环境干扰的四旋翼姿态模型：



其中，YΘ＝[YΘ,1,YΘ,2,YΘ,3]T和Yω＝[Yω,1,Yω,2,Yω,3]T分别表示在惯性坐标系中考虑机载陀螺故障的四旋翼姿态角和角速度矢量；fs＝[fs,1,fs,2,fs,3]T分别表示三个机载陀螺传感器的等效故障；表示角速度回路的光滑非线性函数项，J＝diag(Jω,1,Jω,2,Jω,3)表示正定的对角惯性矩阵，表示阻尼矩阵；gω＝diag(l,l,c)，其中l，c分别代表电机到四旋翼质心的距离和力-力矩系数；Uω＝[Uω,1,Uω,2,Uω,3]T表示四旋翼控制力矩信号；分别表示三个角速度方向上的集总不确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵星灵，司皓楠，张文栋，刘俊，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西;14