[发明专利]一种基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法

权利要求书

1.一种基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法，其特征在于，所述方法包括：

采用预先构建的自适应故障估计模型对飞行器的故障进行实时估计，获得故障估计信息；

根据所述故障估计信息，构建四旋翼容错控制器，对所述飞行器的姿态和位置进行调整，使所述飞行器的回到期望的姿态和位置；

预先构建的自适应故障估计模型的方式，包括：

在考虑外部扰动和执行器故障的情况下，构建自适应故障估计模型，用于估计外部扰动的实际值和故障的实际值；

所述自适应故障估计模型的表达式为：

其中，为扰动的估计值，为扰动的估计值的导数，为故障的估计值，为故障的估计值的导数，为扰动的估计误差，为故障的估计误差，γ_i为自适应估计的第一参数，η_j为自适应估计的第二参数，d_i为外部扰动，f_j为执行器故障，飞行器在地球坐标系下的位置用x,y,z表示，飞行器姿态的欧拉角用θ,ψ,φ表示，分别代表滚转角、俯仰角和偏航角；

构建四旋翼容错控制器的方式，包括：

基于四旋翼飞行器的动力学模型，建立四旋翼飞行器存在执行器故障和扰动的模型；

根据所述自适应故障估计模型实时估计的故障估计信息，构建姿态子系统容错控制器；

根据所述自适应故障估计模型实时估计的故障估计信息，构建位置子系统控制器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述四旋翼飞行器的动力学模型为：

其中，飞行器在地球坐标系下的位置用x,y,z表示，分别表示飞行器在x,y,z方向上的速度，分别表示飞行器在x,y,z方向上的加速度；飞行器姿态的欧拉角用θ,ψ,φ表示，分别代表滚转角、俯仰角和偏航角；为滚转角的角速度，为俯仰角的角速度，为偏航角的角速度，分别表示滚转角、俯仰角和偏航角的角加速度；U₁、U₂、U₃、U₄分别为位置系统的控制输入、滚转角的控制输入、俯仰角的控制输入和偏航角的控制输入；S_θ,S_ψ,C_θ,C_ψ,分别表示sinθ,sinψ,sinφ,cosθ,cosψ,cosφ；a_i(i＝1...9)为常数；g为重力系数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述a_i(i＝1...9)的具体表达式为：

其中，m为四旋翼飞行器的质量，I_x为x轴的转动惯量，I_y为y轴的转动惯量，I_z为z轴的转动惯量，d_x为第一阻力系数，d_y为第二阻力系数，d_z为第三阻力系数，d_φ为第四阻力系数，d_θ为第五阻力系数，d_ψ为第六阻力系数；

所述位置系统的控制输入U₁、滚转角的控制输入U₂、俯仰角的控制输入U₃和偏航角的控制输入U₄满足以下条件：

其中，Ω₁为第一电机的转速,Ω₂为第二电机的转速,Ω₃为第三电机的转速,Ω₄为第四电机的转速，l为电机到机体重心的距离，κ为拉力系数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述四旋翼飞行器存在执行器故障和扰动的模型为：

其中，d_i(i＝1...6)为外部扰动，f_j(i＝3...6)为执行器故障。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述外部扰动d_i(i＝1...6)有界，执行器故障f_j(i＝3...6)有界，且外部扰动的导数为执行器故障的导数为满足有界且