基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法及系统，包括以下步骤：基于预先得到的机体目标姿态角、机体当前姿态角，获取三轴的目标角速度；获取当前机体角速度，估计当前角加速度和扰动量，并基于所述目标角速度向量获取最终的姿态控制量。本发明专利技术将姿态运动视为一种空间内基于旋转矢量的旋转运动，通过目标角速度、当前机体角速度，并估计当前角加速度和扰动量，得到最终的姿态控制量，克服了丢失控制精度的问题。同时引入扰动量，从而具有自抗扰功能，以提高姿态的响应速度和控制器的适应性。制器的适应性。制器的适应性。

【技术实现步骤摘要】
基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及多旋翼无人机
，尤其涉及基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法及系统。

技术介绍

[0002]目前常用的多旋翼姿态控制方式为串级PID控制，每个控制通道(包括俯仰、横滚、航向)相互独立，每个控制通道包含两个控制环路，分别为外环角度环和内环角速度环，角度环输入目标姿态角度和当前实际姿态角度，通过PID控制器生成目标角速度，将生成的目标角速度和当前实际角速度输入到角速度环PID控制器生成最终的姿态控制量。
[0003]PID控制器存在参数的适应性较差，跟踪响应慢和易超调问题，另外多旋翼飞行器的姿态之间是相互耦合的，将各个通道独立来控制会在一定程度上丢失控制精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法及系统，以解决丢失控制精度的问题。
[0005]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，包括以下步骤：基于预先得到的机体目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，包括：基于预先得到的机体目标姿态角、机体当前姿态角，获取三轴的目标角速度；获取当前机体角速度，估计当前角加速度和扰动量，并基于所述目标角速度向量，获取最终的姿态控制量。2.根据权利要求1所述的基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，所述获取三轴的目标角速度包括：将机体目标姿态角、机体当前姿态角带入欧拉角转四元数公式可得到目标姿态角的四元数、当前姿态角的四元数；根据目标姿态角的四元数，获取目标姿态四元数；基于当前姿态角的四元数、目标姿态四元数，获取姿态误差四元数，并计算得到目标角速度向量。3.根据权利要求2所述的基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，所述获取目标姿态四元数包括：基于目标姿态角的四元数，利用公式（1）计算倾转误差四元数向量；
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（1）其中，，表示目标姿态坐标系的Z轴在NED坐标系下的向量且有
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（2）且，且，为目标横滚角，为目标俯仰角，为目标航向角；表示目标姿态坐标系的Z轴在NED坐标系下的向量且有
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（3）且，且，为当前横滚角，为当前俯仰角，为当前航向角；得到倾转角目标四元数：（4）为当前姿态的姿态四元数；通过公式（5）获取多旋翼航向目标四元数； （5）为姿态目标四元数向量；、为航向目标四元数向量中的元素；利用公式（6）对旋转运动目标四元数进行限制，得到限制后的四元数： （6）为调节因子；根据倾转角目标四元数、限制后的四元数，利用公式（7）最终得到限制后的目标姿态四
元数；（7）。4.根据权利要求3所述的基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，所述获取姿态误差四元数包括：利用公式（8）获取最终的姿态误差四元数向量；
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（8）；表示误差的符号，、、分别为欧拉角、、的误差。5.根据权利要求4所述的基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，所述计算得到目标角速度向量包括：基于姿态误差四元数，利用公式（9）可得到目标角速度向量，为横滚目标角速度，为俯仰目标角速度，为航向目标角速度；的计算公式为：（9）其中、、为可调参数。6.根据权利要求4所述的基于轴角矢量的多旋翼姿态自抗扰控制方法，其特征在于，获取最终的姿态控制量的步骤包括：采用快速跟踪函数fhan得到目标角加速度，计算公式为：
（10）其中为计算出的目标角速度， 为计算出的目标角加速度，为公式（9）计算出的目标角速度，k为第k个时刻，为执行周期时间，（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄立，张原艺，洪亮，王龙，宋帅，薛源，刘华斌，
申请(专利权)人：普宙科技深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：