[发明专利]动态特性未知的四旋翼无人机姿态控制器及方法

摘要

本发明公开了一种动态特性未知的四旋翼无人机姿态控制器及方法，假设四旋翼无人机模型参数例如转动惯量、空气阻尼系数等都是未知的，并且系统所受的有界扰动是时变的、一直存在于系统中的。针对未知的模型参数，本发明设计了相应的微分估计器对位置参数进行在线估计。基于参数估计值，设计了改进自适应非奇异终端滑模控制器完成对四旋翼无人机的姿态稳定控制。此外，本发明还设计了自适应扰动补偿器对有界扰动进行了有效补偿。仿真以及实验结果表明，该控制算法能够较好地完成四旋翼无人机姿态稳定控制，并且对系统的未知动态特性和扰动具有较强的鲁棒性。

主权项

1.一种动态特性未知的四旋翼无人机姿态控制器，其特征在于，包括：设计相应的自适应律分别对未知的转动惯量、转动阻尼系数以及扰动上界进行估计，根据得到的估计值设计四旋翼无人机姿态控制器如下：其中，设三维向量α＝[α₁ α₂ α₃]^T以及三维对角线矩阵β＝diag(β₁ β₂ β₃)，定义函数λ(α)＝diag(α₁ α₂ α₃)，ν(β)＝[β₁ β₂ β₃]^T；L＝diag(l l c)，l是电机轴到无人机中心的距离，c表示升力‑转矩系数；表示无人机角速度，为期望角加速度；φ，θ，ψ分别表示无人机的横滚角，俯仰角以及航向角；分别表示对未知转动阻尼系数K＝diag(K_φ K_θ K_ψ)，未知转动惯量I＝diag(I_x I_y I_z)及未知扰动上界D＝[D_φ D_θ D_ψ]^T的估计值；三维对角线矩阵K_sg＝diag[K_sgφ K_sgθ K_sgψ]，K_s＝diag[K_s1 K_s2 K_s3]为控制器参数矩阵；改进的非奇异终端滑模面s具体为：Γ1、Γ2定义如下：其中，e1、e2分别为姿态角度和角速度跟踪误差；kη＝diag(kφ kθ kψ)，α，β分别是正的控制器常数，r为正偶数，p，q为正奇数，并且p，q满足如下限制条件：