【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机控制领域，具体涉及一种在有外界环境干扰和自身电机部分故障的情况下的无人飞行器的容错控制方法。
技术介绍
1、相较于其他类型的传统飞行器而言，四旋翼飞行器的结构简单、体积小巧，具有生产制造成本低、环境适应性好、隐蔽性强、机动性高等优点，因此被广泛应用于各种军事和民用工程领域。然而四旋翼飞行器不具备冗余的动力，具有欠驱动、强耦合、静不稳定等特性。当飞行器在复杂恶劣的工况下工作时，非常容易受到外界环境干扰和自身旋翼电机故障的影响，造成飞行器失稳甚至是坠毁事故。易造成人身伤害事故和经济损失，存在明显的安全问题。
2、基于此，工程上亟需设计一种具有高可靠性、抗干扰能力和容错控制能力的四旋翼飞行器控制方法，以降低外界环境干扰和旋翼电机故障对飞行的影响，提高四旋翼飞行器的作业性能和安全可靠性。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种应用于无人飞行器的容错控制方法，实现了在有外界环境干扰和自身电机部分故障的情况下对飞行器期望姿态指令的快速准确跟踪；该方法中，基于非奇异快速终端滑模面来实时获得并输出动力系统需要输出的力矩，再基于该动力系统需要输出的力矩控制无人飞行器飞行，使得无人飞行器跟踪所述期望的姿态指令，从而完成本专利技术。
2、具体来说，本专利技术的目的在于提供一种应用于无人飞行器的容错控制方法，
3、该方法中，实时接收期望的姿态指令，实时调取无人飞行器自身的姿态信息，基于滑模容错控制模型获得无人飞行器
4、其中，所述动力系统需要输出的力矩通过下式(一)获得：
5、
6、其中，mc表示动力系统需要输出的力矩；
7、b1和b2各自独立地表示中间变量；
8、λ1、λ2、k1、k2、γ、τ各自独立地表示设计参数；
9、s表示非奇异快速终端滑模面；
10、x1和x2各自独立地表示状态变量，
11、优选地，状态变量x1选择为姿态角误差，即x1＝θ-θd；
12、状态变量x2选择为姿态角速度误差，通过对x1求微分获得，即表示θ的导数，表示θd的导数；
13、θ表示无人飞行器在惯性坐标系下的姿态角，θ＝[φ,θ,ψ]t；
14、θd表示期望的姿态角，θd＝[φd,θd,ψd]t
15、φ表示飞行器的滚转角；
16、θ表示飞行器的俯仰角；
17、ψ表示飞行器的偏航角；
18、φd表示期望的滚转角；
19、θd表示期望的俯仰角；
20、ψd表示期望的偏航角。
21、其中，所述中间变量b1和b2通过下式(二)获得：
22、
23、其中，i表示飞行器的转动惯量矩阵；
24、r表示惯性坐标系到机体坐标系的旋转矩阵；
25、表示旋转矩阵r的变化率；
26、ω×表示姿态角速度ω的反对称矩阵。
27、其中，所述飞行器的转动惯量矩阵i通过下式(三)获得：
28、i＝diag{ix,iy,iz} (三)
29、其中，ix表示绕机体x轴的转动惯量；
30、iy表示绕机体y轴的转动惯量；
31、iz表示绕机体z轴的转动惯量。
32、其中，所述惯性坐标系到机体坐标系的旋转矩阵r通过下式(四)获得：
33、
34、其中，θ表示表示飞行器的俯仰角；
35、φ表示表示飞行器的滚转角。
36、其中，所述反对称矩阵ω×通过下式(五)获得：
37、
38、其中，r表示偏航方向的姿态角速度；
39、q表示俯仰方向的姿态角速度；
40、p表示滚转方向的姿态角速度。
41、其中，所述非奇异快速终端滑模面s通过下式(六)获得：
42、
43、其中，x1表示状态变量；
44、表示状态变量x1的导数。
45、本专利技术所具有的有益效果包括：
46、根据本专利技术提供的应用于无人飞行器的容错控制方法，能够在有限时间内使飞行器的姿态角快速收敛，同时对外界环境的干扰和自身电机故障的影响具有一定的鲁棒性；对期望正弦信号和阶跃信号，该容错控制方法能够快速准确地实现跟踪，且能够使飞行器在存在正弦外部扰动力矩，旋翼电机发生10％、20％、40％的部分故障的情况下仍能快速、准确地实现期望信号跟踪。
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1.一种应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求3所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求3所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求2所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的应用于无人飞行器的容错控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的应用于无人飞行器的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，刘明，王雨辰，朱泽军，陈仕伟，杨婧，李俊辉，于之晨，张宏岩，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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