固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法技术

本发明专利技术公布固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法，用于固定翼无人机位置跟踪偏差下的有限时间约束控制。该控制方法首先将固定翼无人机在惯性坐标系中的运动学和三自由度动力学模型转化为仿射形式，考虑不确定性扰动，建立固定翼无人机外环位置跟踪控制模型；其次，基于backstepping控制理论和障碍Lyapunov函数设计约束控制器，采用有限时间滤波器处理backstepping控制中的“微分代数环”问题；然后，利用扰动观测器估计模型中的不确定性扰动以提高固定翼无人机外环约束控制精度；最后，证明整体闭环系统的稳定性。该方法解决了无人机飞行控制系统受非线性及不确定性扰动影响导致跟踪精度下降的问题。扰动影响导致跟踪精度下降的问题。扰动影响导致跟踪精度下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法


[0001]本专利技术涉及一种针对固定翼无人机位置跟踪偏差约束的有限时间控制方法，属于飞行器约束控制领域。
技术背景
[0002]在无人机飞行系统中，无人机的自主飞行是一类综合性较强的跨领域研究课题，涵盖了信息融合、任务规划、导航控制等多项研究内容。在飞行控制领域中，复杂多变的任务环境、参数不确定的扰动和多状态的受限条件等因素无疑为无人机自主飞行带来一系列亟待解决的控制难题。出于安全性、机械制造和执行部件的物理受限等实际应用方面的考虑，控制系统中通常存在约束现象，如果在无人机飞行系统的控制设计环节不考虑相关的物理约束条件，系统基于无约束下的控制方案执行飞行任务期间，违反约束限制的情况可能为系统性能和闭环系统的稳定性带来一定的不利影响，甚至导致飞行器系统设备的损坏以及危险事故的发生，威胁人身安全并造成不必要的人力物力、财力的损失。固定翼无人机的位置跟踪控制要求无人机尽可能跟踪任意一条指定的飞行路线，以达到飞行任务的完成。在实际的复杂任务环境下，如地质勘探任务中的山丘、丘陵地形，对固定翼无人机这类非线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一，建立固定翼无人机三自由度动力学模型，将所述固定翼无人机动力学二次积分模型变换为仿射形式；步骤二，基于backstepping控制理论和障碍Lyapunov函数设计约束控制器，采用有限时间滤波器处理backstepping控制中的微分代数环问题；步骤三，利用扰动观测器估计模型中的不确定性扰动以提高固定翼无人机外环约束控制精度；步骤四，将所述约束控制器的输出结果返回到固定翼无人机三自由度模型中，实现固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制。2.根据权利要求1所述的固定翼无人机位置跟踪偏差约束下有限时间控制方法，其特征在于，所述步骤一具体包括以下过程：步骤1.1定义无人机在惯性坐标系X轴、Y轴和H轴三个方向上的位置P＝[x，y，h]
T
，建立固定翼无人机运动学模型其中，V为无人机的飞行空速，γ和χ为无人机的航迹倾斜角和航迹方位角，并建立无人机三自由度质点模型：其中，m为无人机的质量，g为重力加速度，T
e
和D
f
为发动机推力和阻力，φ为滚转角，n为载荷系数即升力与重量的比值，且gn cosφ和gn sinφ分别表示固定翼无人机的俯仰加速度和偏航加速度；D1＝[d
t
，d
y
，d
p
]
T
为不确定性扰动，无人机的实际控制量n，φ和T分别被升降舵、方向舵和副翼的组合以及油门控制，由此引入无人机的伪控制量U＝[u
t
，u
y
，u
p
]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(3)其中，伪控制量中的各元素u
t
，u
y
和u
p
与实际控制量n，φ和T之间的关系分别为u
y
＝gn sinφ和u
p
＝gn cosφ，实际控制量n，φ和T根据所设计的u
t
，u
y
和u
p
推导得到；通过对(1)式求导可得
其中，旋转矩阵R为通过把式(2)代入式(4)可得因此无人机动力学可以改写为其中G＝[0，0，
‑
g]
T
；步骤1.2定义无人机飞行位置为X1＝P＝[x，y，h]
T
，不确定性扰动为D＝RD1＝[d1，d2，d3]
T
，其中R和D1＝[d
t
，d
y
，d
p
]
T
分别为上述步骤中定义的旋转矩阵与不确定性干扰；定义伪控制量为U＝[u
t
，u
y
，u
p
]
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余自权，徐艺玮，陈复扬，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：