[发明专利]一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法，适用于工作于空中无人机自主控制领域。

背景技术

小型无人机通过自身携带的各类传感器可在危险区域执行观测、信息收集等任务，在军用、民用、极端环境等领域具有广泛的应用前景，全自主、高智能的小型无人机成为研究的热点。

小型无人机工作环境恶劣，执行任务期间容易受到风场(常值风、切变风、随机风)影响，从而影响飞行效果。因此，小型无人机在风场扰动下的高精度航迹控制是小型无人机飞控系统的关键技术之一。

目前主要通过智能PID控制、鲁棒控制，神经网络非线性自适应控制等方法来用于小型无人机风场干扰下的高精度控制。智能PID控制方法是小型无人机经典控制方法，快速性好，但该法抗扰能力差，控制精度容易受外界干扰，智能PID控制方法因此很难实现风扰环境下的高精度控制。鲁棒控制消除无人飞行器飞行时部分模型参数发生的摄动，但具有实时性、动态参数响应慢的特性，很难满足复杂环境下的高精度控制需求。神经网络的非线性自适应控制，克服小型无人机参数的不确定性、无模型性以及潜在的动态非线性，实现小型无人机的姿态控制，但需要大量的样本计算。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对小型无人机现有控制方法不足，提出一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法，解决了小型无人机在风扰环境下的高精度控制问题。

本发明的技术解决方案为：本发明提出了一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法，通过科研任务分解，基于过段落连接点原则进行航迹规划，将期望的复杂航迹分解为由一系列由不同圆心和半径的圆弧段和直线段构成的期望航迹；针对分解后的期望航迹，基于小型无人机当前位置与期望航迹间的位置误差分别构建期望航迹段的航迹控制矢量域；并利用滑模变结构自适应控制方法实现风扰环境下的小型无人机高精度航迹控制，具体步骤如下：

(1)航迹规划

小型无人机接收到科研任务方上传的期望航迹后，根据风速、地速和空速的关系，将三维空间运动分解基于地速和航迹角的二维平面运动和基于高度的横侧向运动，横侧向运动通过PID控制方法实现，二维平面运动通过基于地速和航迹角的矢量域控制方法实现，二维平面运动定义如下：

x·=Vacosψ+Wx=Vgcosη---(1)]]>

y·=Vasinψ+Wy=Vgsinη---(2)]]>

其中，x，y分别为小型无人机在北东地坐标系下的x和y方向的坐标值，V_a和ψ分别为小型无人机的空速和偏航角，W_x和W_y分别为风速在水平坐标上的投影，η为小型无人飞行器的位置航向与期望航迹的夹角；V_g为地速信息，由机载GPS传感器获得；