一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法技术

本发明专利技术提供了一个通过八旋翼飞行器的俯仰、偏航角速率陀螺测量俯仰角速率、偏航角速率并组建预设性能的滑模控制俯仰偏航两通道姿态跟踪给定指令的方法。其根据俯仰角与偏航角与相应指令形成的误差信号；设计收敛时间参数，在进行预设性能信号的设定；通过对比误差信号得到动态比率信号；再进行对数变换得到误差转换信号；进行近似微分解算后得到误差转换微分信号，再组合误差信号形成非线性滑模，并构成预设控制信号形成姿态稳定跟踪控制规律，实现了八旋翼飞行器的姿态控制与稳定飞行，该方法的优点在于动态性能可靠可控，可以按照期望指标进行设计。望指标进行设计。望指标进行设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法


[0001]本专利技术涉及工业电动舵机快速控制领域，具体而言，涉及一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着航天技术与自动控制技术的不断发展，多旋翼飞行器正以独特的性能优势被广泛的应用于各个领域。因此对多旋翼飞行器自身的控制能力也提出了更高的要求。常规的八旋翼飞行器多采用PID控制技术，其优点是参数调试简单方便，系统稳定可靠。但不足之处是系统的性能，尤其是收敛特性无法定量进行约束，仅能定性地保证稳定，但收敛速度无法进行定量的刻画。基于上述背景原因，本专利技术提出了一类基于预设性能的八旋翼飞行器俯仰偏航通道姿态控制方法，使得其两通道不仅能够保证姿态稳定跟踪，而基于误差调节的收敛时间参数设计方法，能够使得系统动态性能与收敛速度能够可靠可控地在设计限定范围内。
[0003]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

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的八旋翼飞行器的姿态控制系统动态性能不能定量刻画约束的问题。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法动，包括以下五个步骤：
[0006]步骤S10，安装俯仰速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的俯仰角速率，记作ω
z
，再进行积分得到俯仰角信号，记作θ；安装偏航速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的偏航角速率，记作ω
y
，再进行积分得到偏航角信号，记作ψ；根据八旋翼飞行器的俯仰方向飞行任务，设定俯仰角的期望信号，记作θ
d
；根据八旋翼飞行器的偏航方向飞行任务，设定偏航角的期望信号，记作ψ
d
。
[0007]步骤S20，根据所述的俯仰角的期望信号与俯仰角信号进行对比，得到俯仰误差信号；根据俯仰误差信号，设计俯仰收敛时间参数，再设定俯仰动态预设信号信号；与俯仰误差信号进行对比得到俯仰动态比率信号；然后进行对数变换后得到俯仰转换误差信号。
[0008]步骤S30，根据所述的俯仰动态预设信号进行近似微分变换，得到俯仰预设微分信号；再引入俯仰角速率信号，构建俯仰转换误差微分信号；再根据俯仰转换误差信号与俯仰转换误差微分信号，构造俯仰非线性滑模信号，最后叠加俯仰角速度得到俯仰预设控制信号，最后输送八旋翼舵机进行控制分配，即可实现俯仰通道的姿态跟踪。
[0009]步骤S40，根据所述的偏航角的期望信号与偏航角信号进行对比，得到偏航误差信号；根据偏航误差信号，设计偏航收敛时间参数，再设定偏航动态预设信号信号；与偏航误
差信号进行对比得到偏航动态比率信号；然后进行对数变换后得到偏航转换误差信号。
[0010]步骤S50，根据所述的偏航动态预设信号进行近似微分变换，得到偏航预设微分信号；再引入偏航角速率信号，构建偏航转换误差微分信号；再根据偏航转换误差信号与偏航转换误差微分信号，构造偏航非线性滑模信号，最后叠加偏航角速度得到偏航预设控制信号，最后输送八旋翼舵机进行控制分配，即可实现偏航通道的姿态跟踪。
[0011]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的俯仰角的期望信号与俯仰角信号进行对比，得到俯仰误差信号；根据俯仰误差信号，设计俯仰收敛时间参数，再设定俯仰动态预设信号信号；与俯仰误差信号进行对比得到俯仰动态比率信号；然后进行对数变换后得到俯仰转换误差信号包括：
[0012]e1＝θ
‑
θ
d
；
[0013][0014][0015][0016][0017]其中e1为俯仰误差信号；w1为俯仰收敛时间参数；p1为俯仰动态预设信号信号；λ1为俯仰动态比率信号；ε1为俯仰转换误差信号；k1、k2、k3、k4、a1为常值参数，其详细选取见后文案例实施。
[0018]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的俯仰动态预设信号进行近似微分变换，得到俯仰预设微分信号；再引入俯仰角速率信号，构建俯仰转换误差微分信号；再根据俯仰转换误差信号与俯仰转换误差微分信号，构造俯仰非线性滑模信号，最后叠加俯仰角速度得到俯仰预设控制信号包括：
[0019][0020][0021][0022][0023]其中p
1a
为俯仰预设微分信号；ε
1d
为俯仰转换误差微分信号；s1为俯仰非线性滑模信号；u1为俯仰预设控制信号；c1、c2、c3、c4、k5、k6、k7为常值控制参数，其详细选取见后文案例实施。
[0024]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的偏航角的期望信号与偏航角信号进行对比，得到偏航误差信号；根据偏航误差信号，设计偏航收敛时间参数，再设定偏航动态预
设信号信号；与偏航误差信号进行对比得到偏航动态比率信号；然后进行对数变换后得到偏航转换误差信号包括：
[0025]e2＝ψ
‑
ψ
d
；
[0026][0027][0028][0029][0030]其中e2为偏航误差信号；w2为偏航收敛时间参数；p2为偏航动态预设信号信号；λ2为偏航动态比率信号；ε2为偏航转换误差信号；d1、d2、d3、d4、a1为常值参数，其详细选取见后文案例实施。
[0031]在本专利技术的一种示例实施例中，根据所述的偏航动态预设信号进行近似微分变换，得到偏航预设微分信号；再引入偏航角速率信号，构建偏航转换误差微分信号；再根据偏航转换误差信号与偏航转换误差微分信号，构造偏航非线性滑模信号，最后叠加偏航角速度得到偏航预设控制信号包括：
[0032][0033][0034][0035][0036]其中p
2a
为偏航预设微分信号；ε
2d
为偏航转换误差微分信号；s2为偏航非线性滑模信号；u2为偏航预设控制信号；j1、j2、j3、j4、j5、j6、j7为常值控制参数，详细选取见后文案例实施。
[0037]有益效果
[0038]本专利技术提供了一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法，其主要创新点有如下两点：其一是通过构造随误差变化的俯仰收敛时间参数，实现了更加丰富多样的预设性能控制，同时由于预设性能的特点，可以使得八旋翼飞行器的俯仰偏航通道按照设定的性能指标进行收敛，整个方案可控可靠。其二是通过误差变换与预设性能，最终构造了非线性滑模，而且控制方案比较简单，无需解算系统的等效控制项，也无需系统的详细精确参数，因此对模型要求比较低；而通过大增益来抵消系统的模型参数不确定性干扰，因此整个控制设计比较简单，计算量较小，而且控制效果较好。
[0039]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
[0040]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S10，安装俯仰速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的俯仰角速率，记作ω
z
，再进行积分得到俯仰角信号，记作θ；安装偏航速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的偏航角速率，记作ω
y
，再进行积分得到偏航角信号，记作ψ；根据八旋翼飞行器的俯仰方向飞行任务，设定俯仰角的期望信号，记作θ
d
；根据八旋翼飞行器的偏航方向飞行任务，设定偏航角的期望信号，记作ψ
d
；步骤S20，根据俯仰角的期望信号与俯仰角信号进行对比，得到俯仰误差信号；根据俯仰误差信号，设计俯仰收敛时间参数，再设定俯仰动态预设信号信号；与俯仰误差信号进行对比得到俯仰动态比率信号；然后进行对数变换后得到俯仰转换误差信号如下：e1＝θ
‑
θ
d
；；；；其中e1为俯仰误差信号；w1为俯仰收敛时间参数；p1为俯仰动态预设信号信号；λ1为俯仰动态比率信号；ε1为俯仰转换误差信号；k1、k2、k3、k4、a1为常值参数；步骤S30，根据俯仰动态预设信号进行近似微分变换，得到俯仰预设微分信号；再引入俯仰角速率信号，构建俯仰转换误差微分信号；再根据俯仰转换误差信号与俯仰转换误差微分信号，构造俯仰非线性滑模信号，最后叠加俯仰角速度得到俯仰预设控制信号，最后输送八旋翼舵机进行控制分配，实现俯仰通道的姿态跟踪如下：跟踪如下：跟踪如下：跟踪如...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊峰，安连友，王保录，严超，崔昺祎，
申请(专利权)人：郑州蒂德科技有限公司，
类型：发明
国别省市：