一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法及装置，该方法包括：建立飞行器的姿态运动学模型及动力学模型；引入统一的姿态约束障碍函数，将动力学约束的姿态系统转化为等效的无约束姿态系统；基于收敛、抖动性能的优化设计获得滑模观测器，并应用于逼近和补偿集总不确定性；基于反演技术设计飞行器姿态控制器，并应用在障碍函数(UBF)重构后的飞行器姿态系统。本发明专利技术针对四旋翼飞行器姿态系统时变输出约束和不确定性抑制问题，提供了一种面向未知不确定性和动态输出约束的四旋翼飞行器鲁棒姿态控制方法，提升了四旋翼飞行器约束控制和抗干扰控制的性能与实际应用能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法及装置


[0001]本专利技术涉及飞行器控制领域，尤其涉及一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法及装置。

技术介绍

[0002]近年来，无人机(UAV)因其体积小、机动性强、成本低且易于维修而受到人们的广泛关注。四旋翼飞行器作为无人机的代表之一，已广泛用于农业、工业、建筑、军事、导航、交通、娱乐等领域。
[0003]姿态控制在各种飞行任务中扮演着不可或缺的角色，近年来也提出了许多控制方法，例如比例积分微分(PID)控制、反演控制、自抗扰控制，鲁棒和自适应控制等。但是，在复杂飞行环境下实现具有动态非对称约束的四旋翼姿态控制方法较少。此外，由于实际飞行中无人机会受到时变约束和各种扰动的影响，使得姿态系统的稳定保持成为了一项具有挑战性的任务。
[0004]在执行飞行任务时，空气阻力和随机风等外部干扰使得四旋翼更易跨越输出约束边界。对于四旋翼系统的不确定性抑制问题，已有如神经网络(NNs)、模糊系统、扰动观测器(DOB)等研究成果。NNs是处理系统不确定性的主要方法之一，但它可能会给四旋翼嵌入式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法，其特征在于，包括如下步骤：建立飞行器的姿态运动学模型及动力学模型；引入统一的姿态约束障碍函数，将动力学约束的姿态系统转化为等效的无约束姿态系统；基于收敛、抖动性能的优化设计获得滑模观测器，并应用于逼近和补偿集总不确定性；基于反演技术设计飞行器姿态控制器，并应用在UBF重构后的飞行器姿态系统。2.根据权利要求1所述的一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法，其特征在于：飞行器为四旋翼飞行器，姿态运动学模型为：飞行器为四旋翼飞行器，姿态运动学模型为：飞行器为四旋翼飞行器，姿态运动学模型为：动力学模型为：动力学模型为：动力学模型为：3.根据权利要求1所述的一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法，其特征在于：所述的统一障碍函数(UBF)为开区域u上变量x
i1
的标量函数ζ
i
，为将动力学约束的姿态系统转化为等效的无约束姿态系统，基于以上障碍函数在不改变函数结构的情况下获得新的带有UBF的状态变量：常数和κ
ih
满足以下不等式：和κ
ih
＜κ
ih
(t)。4.根据权利要求3所述的一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法，其特征在于：所述状态变量ζ
i
还可转换为以下表达式：ζ
i
＝ζ
i1
x
i
+ζ
i2
其中5.根据权利要求4所述的一种飞行器非对称性动力约束的反演控制方法，其特征在于：所述滑模观测器设计如下：根据Schur complement lemma令分块矩阵对称，使得：或
当S
cb
(A
11
)＝A
22
‑
A
21
A
11
‑1A
12
和S
cb
(A
22
)＝A
11
‑
A
12
A
22
‑1A
21
；设计获得估计集总不确定度f
i2
的滑模观测器，如下：其中，λ
ji
和ι
i
(j＝1
…
5，f＝φ，θ...

【专利技术属性】
技术研发人员：江涛，张豪，郑志，付文豪，王楷，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：