[发明专利]基于指令滤波反步法的四旋翼无人机稳定跟踪控制方法

摘要

本发明公开了一种基于指令滤波反步法的四旋翼无人机稳定跟踪控制方法，属于无人飞行器自动控制领域。该发明针对刚体四旋翼无人机的动态数学模型，其特征在于：包括如下步骤：步骤101、建立四旋翼无人机数学模型；步骤102、四旋翼无人机姿态控制系统；通过采用上述技术方案，该基于指令滤波反步法的四旋翼无人机稳定跟踪控制方法提出一类新型的指令滤波反步控制，解决传统反“计算膨胀”问题，与传统反步法相比，引入滤波器避免虚拟控制的复杂解析求导过程，构建的跟踪控制器简洁有效，有效解决“计算膨胀”问题，最后采用奇异扰动定理完成闭环系统的稳定性分析。

主权项

一种基于指令滤波反步法的四旋翼无人机稳定跟踪控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤101、建立四旋翼无人机数学模型；具体为：根据牛顿—欧拉公式，建立四旋翼无人机的动力学方程组：其中x,y,z为无人机的位置坐标，k_x,k_y,k_z为常系数，m为无人机的质量；且表示四旋翼无人机的姿态，φ(t)为滚转角、θ(t)为俯仰角，ψ(t)为偏航角；U₁为无人机的总升力，U＝[U₂,U₃,U₄]^T为姿态控制器的控制输入；g为重力加速度，为无人机的转动惯量；四旋翼无人机的姿态运动学方程组为：将四旋翼无人机的姿态动力学方程以矢量形式表示：$J\stackrel{\·\·}{\mathrm{\η}}=U+{\mathrm{\Ξ}}_{\mathrm{\η}}---\left(2\right)$其中，四旋翼无人机姿态的动力学方程表示为严反馈形式：$\begin{array}{c}{\stackrel{\·}{X}}_1=X_2\\ J{\stackrel{\·}{X}}_2=U+{\mathrm{\Ξ}}_{\mathrm{\η}}\end{array}---\left(4\right)$其中，步骤102、四旋翼无人机姿态控制系统：针对四旋翼无人机的姿态动力学方程(4)，基于奇异扰动分析设计指令滤波反步控制U，考虑坐标变换：$\begin{array}{c}{z}_1=X_1-{\mathrm{\η}}_d\left(t\right)\\ z_2=X_2-{\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_2\\ s_2={\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}}_2-{\mathrm{\α}}_2\end{array}---\left(5\right)$其中，z₂是跟踪误差，α₂,分别表示虚拟反馈控制律和滤波虚拟控制律，s₂为滤波误差；在每步的设计过程中，首先设计虚拟反馈控制α_i+1(i＝1,2,3......n)，然后采用非线性反切滤波器逼近虚拟控制函数直到最后一步中设计真实的控制律U＝α_n+1；第一步：根据公式(5)，姿态跟踪误差动态满足：${\stackrel{\·}{z}}_1={\stackrel{\·}{X}}_1-{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}_d\left(t\right)=X_2-{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}_d\left(t\right)---\left(6\right)$构建光滑的反馈控制输入α₂如下，以稳定方程(6)：${\mathrm{\α}}_2=-{\mathrm{\ρ}}_1{z}_1+{\stackrel{\·}{\mathrm{\η}}}_d\left(t\right)---\left(7\right)$其中ρ₁是维数适当的正增益矩阵；

×

专利文献下载

说明：

1、专利原文基于中国国家知识产权局专利说明书；

2、支持发明专利 、实用新型专利、外观设计专利（升级中）；

3、专利数据每周两次同步更新，支持Adobe PDF格式；

4、内容包括专利技术的结构示意图、流程工艺图或技术构造图；

5、已全新升级为极速版,下载速度显著提升！欢迎使用！

请您登陆后，进行下载，点击【登陆】 【注册】

友情链接：交换友情链接需要网站权重大于4，网站收录10W以上，如符合条件，请联系QQ：。

关于我们 寻求报道 投稿须知 广告合作 版权声明 网站地图 友情链接 企业标识 联系我们

周一至周五 9:00-18:00

版权所有http://www.vipzhuanli.com/公布日期

咨询在线客服

tel code back_top

服务热线：

投诉建议：

扫一扫，微信关注钻瓜专利网

定制专利/购买专利

行业大牛为您服务 快来咨询~