[发明专利]一种控制受限下的四旋翼轨迹跟踪最优控制方法

说明书

本发明公开了一种控制受限下的四旋翼轨迹跟踪最优控制方法，基于总扰动和虚拟控制量的四旋翼无人机位置与姿态动力学模型采用位置环和姿态环解耦后建立基于全驱系统的四旋翼位置和姿态系统的误差系统模型，通过全驱系统参数化控制方法，分别设计位置环和姿态环的自抗扰参数化跟踪控制器，使两个误差系统的位置与姿态渐进收敛至参考指令。本发明在考虑控制输入受限的前提下，采用约束转录法处理控制输入约束，构建控制器参数选择优化问题，推导相关梯度，采用梯度法对参数进行优化整定，进一步提高了四旋翼无人机轨迹跟踪的暂态性能。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体地讲，是涉及一种控制受限下的四旋翼轨迹跟踪最优控制方法。

背景技术

近年来，由于四旋翼无人机(UAV)具有成本低、高灵活度、垂直起降、体积小等诸多优点被广泛应用于空中摄影、搜救和侦察等军事、农业及生活方面。而由于四旋翼无人机为一个欠驱动、位置姿态强耦合的非线性系统，控制器的设计有一定程度的困难，需要充分考虑到执行器输入受限及系统耦合等影响，因此，设计能够精确控制四旋翼姿态与轨迹，又考虑到控制输入受限的控制器非常关键。

现有技术存在一些或多或少的缺点，存在的技术问题有：虽然目前四旋翼轨迹跟踪控制方法较完备，但现有的大部分非线性控制方法会导致四旋翼闭环系统同样为强非线性系统，且难以同时考虑到控制输入的饱和约束。

参考文献：

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发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种控制受限下的四旋翼轨迹跟踪最优控制方法，采用约束转录法处理受限状态下的控制输入约束，对基于全驱系统参数化控制的四旋翼位置环与姿态环误差模型构建控制器参数选择优化问题，采用梯度法对参数进行优化整定，提高跟踪性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种控制受限下的四旋翼轨迹跟踪最优控制方法，包括以下步骤：

S10、建立基于总扰动和虚拟控制量的四旋翼无人机位置与姿态动力学模型；

S20、采用位置环与姿态环解耦控制的框架，将四旋翼无人机位置与姿态动力学模型转化为基于全驱系统的四旋翼姿态误差系统和四旋翼位置误差系统；