[发明专利]一种基于自适应微分滤波的飞行器俯仰通道姿态控制技术

说明书

本发明是关于一种基于自适应微分滤波的飞行器俯仰通道姿态控制技术，其通过测量无人机俯仰角、俯仰角速率信号形成俯仰角误差与俯仰角速率误差信号，同时提出了一种自适应滤波微分的方法分别求取俯仰角误差、俯仰角速率误差的平滑滤波微分信号与切向微分信号，同时从俯仰角误差信号、俯仰角误差滤波信号、俯仰角速率信号、俯仰角误差平滑滤波微分信号、俯仰角速率误差平滑滤波微分信号五个方法对不确定干扰进行自适应估计，最终得到由角度误差、角速率误差以及其平滑滤波微分与切线微分还有干扰自适应估计信号组成的俯仰通道综合信号，实现无人机俯仰通道的姿态强稳定控制。

技术领域

本发明涉及无人机姿态控制领域，具体而言，涉及一种一种基于自适应微分滤波的飞行器俯仰通道姿态控制方法。

背景技术

大中型无人机的俯仰通道大多采用角度敏感陀螺仪与角速率陀螺仪来测量无人机的俯仰角角与俯仰角速率反馈，形成俯仰通道的姿态PID控制方法。该控制方案中微分信号的形成是由速率陀螺仪来提供，但对期望信号的求导，以及误差信号的微分，则难以通过测量仪器来实现。而一般数字微分如果误差过大，则反而对控制策略来说得不偿失。从而不同的微分解算方法对无人机的稳定控制具有至关重要的意义与作用。基于上述原因，本发明提供了一种自适应微分滤波的方法，能够解算无人机俯仰角误差与俯仰角速率误差信号的两种近似微分信号，一种是滤波平滑微分信号，一种是切线微分信号；前者具有良好的物理意义，后者具有良好的几何意义，从而在控制中具有各自的作用，最终形成了基于两种自适应滤波微分的无人机俯仰通道姿态稳定控制方法，实现了无人机俯仰通道的强稳定控制。最终通过实验也表明了该方法不仅可行，而且具有较好的工程实用价值。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自适应微分滤波的飞行器俯仰通道姿态控制技术，进而克服了由于相关技术的限制和缺陷而导致的姿态控制抗干扰能力不强的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于自适应微分滤波的飞行器俯仰通道姿态控制技术动，包括以下步骤：

步骤S10，安装姿态陀螺仪测量无人机俯仰姿态角，设定俯仰角期望信号并与俯仰姿态角信号进行比较，得到俯仰角误差信号；并设定俯仰角临界参数与第一个俯仰角平滑参数，求解俯仰角自适应滤波微分信号，进行积分后得到俯仰角自适应滤波参数；然后通过传递函数求解俯仰角误差滤波信号与俯仰角误差平滑滤波微分信号；分别设定俯仰角第二个平滑参数与俯仰角第三个平滑参数，设定俯仰角切向误差信号的初始值，根据俯仰角误差信号与俯仰角切向误差信号，求解俯仰角自适应滤波参数的切向导数，通过积分后得到俯仰角自适应滤波切向参数，然后求解俯仰角误差切向微分信号，并通过积分得到俯仰角切向误差信号。

步骤S20，安装速率陀螺仪测量无人机俯仰角速率，并与俯仰角期望信号的导数进行比较，得到俯仰角速率误差信号；然后设定俯仰角速率临界参数与第一个俯仰角速率平滑参数，求解得到俯仰角速率自适应滤波微分信号，进行积分后得到俯仰角速率自适应滤波参数；然后通过传递函数求解俯仰角速率误差滤波信号与俯仰角速率误差平滑滤波微分信号；分别设定俯仰角速率第二个平滑参数与俯仰角速率第三个平滑参数，设定俯仰角速率切向误差信号的初始值，根据俯仰角速率误差信号与俯仰角速率切向误差信号，求解俯仰角速率自适应滤波参数的切向导数，通过积分后得到俯仰角速率自适应滤波切向参数，然后求解俯仰角速率误差切向微分信号，并通过积分得到俯仰角速率切向误差信号。

步骤S30，根据所述的俯仰角误差信号、俯仰角自适应滤波微分信号、俯仰角误差滤波信号、俯仰角切向误差信号、俯仰角自适应滤波参数的切向导数分别求解俯仰角误差信号铰链积分信号、俯仰角误差滤波铰链积分信号与俯仰角切向误差铰链积分信号，并汇总得到俯仰角误差综合积分信号。