一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法技术

本发明专利技术是关于一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法。其首先根据飞行任务设置滚转角指令信号，并通过安装电压型低成本倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角信号。通过比较滚转角信号与滚转角指令信号得到误差信号，再通过线性积分与Sigmoid非线性积分得到两路积分信号，同时构造滚转角信号的微分滞后信号，以及构造滚转通道的同步干扰观测系统，得到滚转通道的干扰实时观测信号，最终叠加误差信号、两路误差积分信号、误差微分滞后信号与干扰观测信号，形成最终的滚转舵偏角指令信号，实现无人飞行器滚转通道的稳定与控制任务。该方法的优点在于仅采用一个测角仪，从而简单经济。

【技术实现步骤摘要】
一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法
本专利技术涉及无人飞行器飞行控制与制导领域，具体而言，涉及一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法。
技术介绍
飞行器的滚转通道控制，目前大部分采用的是传统的比例微分控制方法，需要采用速率陀螺仪测量飞行器的滚转角速率，同时还需要采用姿态陀螺仪测量飞行器的滚转角。这样的方式和俯仰与偏航通道的姿态稳定控制方法类似，具有很高的可靠性。但滚转通道由于对大部分飞行器来说，其动态特性较俯仰偏航通道都要简单，可以简化为一阶系统。因此针对低成本的无人飞行器，可以省去速率陀螺仪的测量，仍然能够保证系统具有很好的稳定裕度。主要原因是在于俯仰偏航通道动态特性复杂需要速率陀螺提供阻尼，但滚转通道则具有类似一阶系统的特点，稳定有余而快速性不足。基于上述原因，本专利技术提供一种采用低成本倾角仪测量滚转角的方法，实现飞行器滚转通道的稳定控制，具有经济节省的优点，特别适合低成本无人飞行器，同时由于积分与干扰观测器的采用使得系统具有很好的快速性。因此，本专利技术所提供方法具有很高的工程实用价值。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而无人飞行器滚转通道控制成本过高的问题。根据本专利技术的一个方面，提供一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，包括以下步骤：步骤S10，在无人飞行器上安装电压型双轴倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角；步骤S20，根据所述的飞行器的滚转角测量装置，设计滚转角微分滞后校正器，得到飞行器滚转角微分滞后校正信号；步骤S30，根据无人飞行器的飞行任务，设定滚转角指令信号，并与所述的滚转角测量信号进行比较，得到滚转角误差信号，再进行线性积分与Sigmoid积分，得到两类积分信号；步骤S40，根据所述的滚转角测量信号与滚转角微分滞后信号，构建滚转通道同构观测估计器，对滚转通道的不确定性进行同步观测；步骤S50，根据所述的滚转通道同构观测估计器，依据观测角速率误差信号构建Sigmoid误差反馈型观测控制信号与滚转通道干扰观测信号；步骤S60，根据所述的滚转通道干扰观测信号，并与滚转角误差信号、滚转角微分滞后信号以及两路滚转角积分信号，进行线性组合与叠加，得到最终的滚转通道控制信号，同时输出给滚转通道同构观测估计器与无人飞行器滚转舵系统，实现无人飞行器的滚转角稳定与跟踪指令信号。在本专利技术的一种示例实施例中，安装电压型双轴倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角，设置滚转角微分滞后校正器，得到飞行器滚转角微分滞后校正信号包括：Dγ(n+1)＝γ(n+1)-γ(n)；e＝Dγ(n)-Dγ1(n)；其中γ为双轴倾角MCA420传感器测量所得到的无人飞行器滚转角，γ(n)为在时间t＝0.005n时无人飞行器的滚转角数值。Dγ(n)为滚转角数字微分信号，Dγ(1)＝0，n≥1。Dγ1(n)为所求的微分滞后信号，exp()为指数函数，k1为常值参数，其详细设置见后文案例实施。ΔT＝0.005，为数据的采用频率。T1为滞后时间参数，其详细设置见后文案例实施。在本专利技术的一种示例实施例中，根据无人飞行器的飞行任务设定滚转角指令信号，并与所述的滚转角测量信号进行比较，得到滚转角误差信号，再进行线性积分与Sigmoid积分，得到两类积分信号包括：e1＝γ-γd；s1＝∫e1dt；s2＝∫f1(e1)dt；其中γd根据无人飞行器的飞行任务设定的滚转角指令信号，e1为滚转角误差信号，s1为滚转角误差积分信号，dt表示对时间信号的积分，s2为滚转角误差Sigmoid积分信号，exp()为指数函数。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的滚转角测量信号与滚转角微分滞后信号，构建滚转通道同构观测估计器，得到滚转通道的干扰同步步观测信号包括：eγ＝γ-γg；eω＝Dr1-ωg；u2＝-k4eω+k5f1(eω)；Γg＝∫(k2eω+k3f1(eω)+kaeγ)dt；其中γ为滚转角测量信号，γg为滚转角观测系统信号，eγ为观测角误差信号，γg的初始值选为0。Dγ1为滚转角微分滞后信号，ωg为滚转角速率观测值，eω为观测角速率误差信号，ωg的初始值选为0。u为滚转通道控制信号，a、b为常值参数，其详细设计见后文案例实施。u2为为观测控制信号，exp()为指数函数，其中k2、k3、ka、k4、k5为常值参数，其详细设计见后文案例实施。Γg即为最终所求的滚转通道干扰观测信号。在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的滚转通道干扰观测信号，并与滚转角误差信号、滚转角微分滞后信号以及两路滚转角积分信号，进行线性组合与叠加，得到最终的滚转通道控制信号包括：ua＝k6e1+k7s1+k8s2；ub＝k9Dγ1+k10Γg；u＝ua+ub；其中ua为将滚转角误差信号e1与两路滚转角积分信号s1以s2及进行叠加得到的综合信号，ub为将滚转角微分滞后信号Dγ1与滚转通道干扰观测信号Γg进行叠加得到的综合信号，k6、k7、k8、k9、k10为常值参数信号，其详细设计见后文案例实施。u为最终的滚转通道控制信号，将该信号输送给同构观测估计器与滚转舵系统，从而使得无人飞行器的滚转角跟踪指令信号，完成滚转通道的稳定与控制任务。有益效果本专利技术提供的一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，其优点在于能通过低成本倾角仪测量飞行器的滚转角，再通过微分滞后信号、Sigmoid积分信号以及干扰观测信号组合提高系统的稳定性与快速性。从而使得整个无人飞行器滚转通道的控制成本经济节省，同时还具有较好的快速性与一定的稳定裕度与抗干扰能力，特别适合应用于低成本的无人飞行器控制中。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术提供的一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法的流程图；图2是本专利技术实施例所提供方法的电压型双轴倾角MCA420传感器实物示意图；图3是本专利技术实施例所提供方法的滚转角信号曲线(单位：度)；图4是本专利技术实施例所提供方法的滚转角微分滞后信号曲线(无单位)；图5是本专利技术实施例所提供方法的滚转角误差信号曲线(单位：度)；图6是本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤S10，在无人飞行器上安装电压型双轴倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角；/n步骤S20，根据所述的飞行器的滚转角测量装置，设计滚转角微分滞后校正器，得到飞行器滚转角微分滞后校正信号；/n步骤S30，根据无人飞行器的飞行任务，设定滚转角指令信号，并与所述的滚转角测量信号进行比较，得到滚转角误差信号，再进行线性积分与Sigmoid积分，得到两类积分信号；/n步骤S40，根据所述的滚转角测量信号与滚转角微分滞后信号，构建滚转通道同构观测估计器，对滚转通道的不确定性进行同步观测；/n步骤S50，根据所述的滚转通道同构观测估计器，依据观测角速率误差信号构建Sigmoid误差反馈型观测控制信号与滚转通道干扰观测信号；/n步骤S60，根据所述的滚转通道干扰观测信号，并与滚转角误差信号、滚转角微分滞后信号以及两路滚转角积分信号，进行线性组合与叠加，得到最终的滚转通道控制信号，同时输出给滚转通道同构观测估计器与无人飞行器滚转舵系统，实现无人飞行器的滚转角稳定与跟踪指令信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，在无人飞行器上安装电压型双轴倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角；
步骤S20，根据所述的飞行器的滚转角测量装置，设计滚转角微分滞后校正器，得到飞行器滚转角微分滞后校正信号；
步骤S30，根据无人飞行器的飞行任务，设定滚转角指令信号，并与所述的滚转角测量信号进行比较，得到滚转角误差信号，再进行线性积分与Sigmoid积分，得到两类积分信号；
步骤S40，根据所述的滚转角测量信号与滚转角微分滞后信号，构建滚转通道同构观测估计器，对滚转通道的不确定性进行同步观测；
步骤S50，根据所述的滚转通道同构观测估计器，依据观测角速率误差信号构建Sigmoid误差反馈型观测控制信号与滚转通道干扰观测信号；
步骤S60，根据所述的滚转通道干扰观测信号，并与滚转角误差信号、滚转角微分滞后信号以及两路滚转角积分信号，进行线性组合与叠加，得到最终的滚转通道控制信号，同时输出给滚转通道同构观测估计器与无人飞行器滚转舵系统，实现无人飞行器的滚转角稳定与跟踪指令信号。


2.根据权利要求1所述的一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，其特征在于，安装电压型双轴倾角MCA420传感器，测量飞行器的滚转角，设置滚转角微分滞后校正器，得到飞行器滚转角微分滞后校正信号包括：
Dγ(n+1)＝γ(n+1)-γ(n)；






e＝Dγ(n)-Dγ1(n)；
其中γ为双轴倾角MCA420传感器测量所得到的无人飞行器滚转角，γ(n)为在时间t＝0.005n时无人飞行器的滚转角数值。Dγ(n)为滚转角数字微分信号，Dγ(1)＝0，n≥1。Dγ1(n)为所求的微分滞后信号，exp()为指数函数，k1为常值参数。ΔT＝0.005，为数据的采用频率。T1为滞后时间参数。


3.根据权利要求1所述的一种采用低成本倾角仪测量的无人飞行器滚转稳定方法，其特征在于，根据无人飞行器的飞行任务设定滚转角指令信号，并与所述的滚转角测量信号进行比较，得到滚转角误差信号，再进行线性积分与Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒，雷军委，肖支才，梁勇，闫实，王玲玲，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学，
类型：发明
国别省市：山东;37