【技术实现步骤摘要】
一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法及系统
[0001]本申请涉及无人机控制
，具体而言，涉及一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法及系统。
技术介绍
[0002]近年来，随着通信、计算机、网络等领域技术的快速发展，四旋翼无人机的相关课题已经成为自动控制领域的一个新的研究方向。四旋翼无人机可以以较低的成本，较高的灵活性完成大范围复杂环境下的各种任务，这使得四旋翼无人机在军事和民用领域的地位不断提高。因此，为了更好地利用四旋翼无人机协助完成各项任务，四旋翼无人机的控制问题越来越受到研究者的关注。
[0003]现行主流的四旋翼无人机姿态稳定、或跟踪方法主要包括控制结构、反步法、基于理论的控制方法以及自适应控制等。虽然，现有的控制方法能够提高无人机在飞行过程中的稳定性；但是，这些控制方法都是基于四旋翼无人机系统无故障的情况下的控制方法，而由于无人机在高速运行的过程中，随着部件老化或驱动电机、螺旋桨损坏等情况的出现，很容易使得驱动电机
‑
螺旋桨系统出现故障，致使四旋翼无人机无法完成既定任务，甚至...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型；S2、设定随模型的控制输入变化而同步发生变化的相对阈值、以及固定阈值；S3、结合事件触发特性，通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹；S4、调整过程中，采用反步法递推设计出相应的虚拟控制律以及实际控制律，以使得模型趋近渐近稳定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型，包括：S11、结合故障对转子产生的影响，定义相应的故障参数，其中，所述故障参数的定义方式包括：其中，α
s
表示故障程度，为定义的故障参数；S12、根据所述故障参数、故障分布情况以及无人机的转子转速，确定同步产生的推力和扭矩，其中，所述推力和扭矩的定义方式包括：其中，U表示推力，即模型的控制输入；τ
φ
,τ
θ
,τ
ψ
表示无人机在偏航、俯仰以及滚转三个方向上分别产生的角加速度，I4表示4
×
4的单位矩阵，M表示推力和扭矩与转速间的映射矩阵，Λ
s
表示预设的故障分布矩阵，Ω
i
(i＝1,2,3,4)为无人机的四个转子的转速；S13、将所确定的推力和扭矩，代入到无人机的动力学模型中进行模型转换，得到用于反映飞行状况的目标运动模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S13中，所述目标运动模型的定义方式包括：包括：包括：
其中，x1＝[p
z
,φ,θ,ψ]
T
,x2＝[v
z
,p,q,r]
T
，[φ,θ,ψ]分别表示产生的偏航角、俯仰角以及滚转角，[p,q,r]分别对应表示上述三个角的角加速度；p
z
表示惯性垂直位置，v
z
表示惯性垂直速度；R
η
(φ,ψ)表示将产生的角速度和欧拉角速度关联起来的关联矩阵，m表示无人机的机体重量，g表示产生的重力加速度；J＝diag{J
x
,J
y
,J
z
}表示机体的惯性矩阵，c
d
表示机体的阻力系数；为参数x1的导数，为参数x2的导数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹，包括：S31、获取模型的实际控制输入，并将所述实际控制输入与预设的切换阈值控制参数进行比较；S32、在确定无人机的飞行轨迹与所述目标轨迹相距较远，且所述实际控制输入大于、或等于预设的切换阈值控制参数时，基于所述相对阈值、所述实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第一触发时刻；S33、在确定达到第一触发时刻时，基于在所述第一触发时刻中设置的控制输入，调整模型的实际控制输入，以使得无人机快速逼近目标轨迹；S34、在确定无人机处于目标轨迹附近，且所述实际控制输入小于预设的切换阈值控制参数时，基于所述固定阈值、所述实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第二触发时刻；S35、在确定达到第二触发时刻时，基于在所述第二触发时刻中设置的控制输入，调整模型的实际控制输入。5.根据权利要求4所述的方...
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