[发明专利]一种基于控制约束的扩展鲁棒H∞的无人机控制方法

权利要求书

1.一种基于控制约束的扩展鲁棒H_∞的无人机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、构建固定翼无人机非线性模型，该非线性模型包括12个状态量，分别是速度V、攻角α、侧滑角β、滚转角φ、俯仰角θ、偏航角ψ，滚转角速率p、俯仰角速率q，偏航角速率r，以及决定无人机位置的三个状态量[x_g,y_g,h]，分别是前向位移，侧向位移和高度；

步骤2、将步骤1的无人机非线性模型进行线性化处理，得到线性化后的模型，写成带有扰动w与控制输出z的H_∞意义下的状态空间方程；

步骤3、确定电机转速舵机偏转角度的极限值u_imax，根据极限值构建控制量约束矩阵X，推导出控制量约束线性矩阵不等式；

步骤4、对步骤2中构建的线性化后的模型进行扩展，对需要进行指令追踪的状态量进行误差处理，如速度V、侧滑角β，并且将误差积分项加入到线性化后的模型中完成模型的扩展；

步骤5、选取性能指标γ₁,γ₂,Δ，将推导出的控制量约束线性矩阵不等式，与原H_∞控制方法要求的线性矩阵不等式联立得到新的线性矩阵不等式组，然后利用迭代减小性能指标的方法，不断用次优控制器去逼近最优控制器，最后得到满足控制量约束要求且使系统闭环稳定的鲁棒H_∞控制器。

2.根据权利要求1所述的基于控制约束的扩展鲁棒H_∞的无人机控制方法，其特征在于，步骤1中的状态变量为[V α β φ θ ψ p q r x y h]^T，包含这些状态量的非线性模型为：

式中，m代表固定翼无人机的质量，V代表固定翼无人机的空速，F_t代表固定翼无人机发动机的推力，X^w,Y^w,Z^w分别是固定翼无人机受到的合气动力在Ox_w,Oy_w,Oz_w轴上的分量，分别是固定翼无人机的重力在Ox_w,Oy_w,Oz_w上的分量，p^w,q^w,r^w分别是固定翼无人机角速度在Ox_w,Oy_w,Oz_w轴上的分量，p,q,r分别是固定翼无人机的角速度在Ox,Oy,Oz轴上的分量，I_xx,I_yy,I_zz是固定翼无人机对Ox,Oy,Oz轴的转动惯量，I_xz是固定翼无人机对面Oxy的惯性积，

3.根据权利要求1所述的基于控制约束的扩展鲁棒H_∞的无人机控制方法，其特征在于，步骤2中系统的H_∞意义下的状态空间方程为：

式中，x＝[V α β φ θ ψ p q r x y h]^T是状态变量矢量，A是状态系数矩阵，w是扰动矢量，B₁是扰动系数矩阵，u＝[n δ_e δ_a δ_r]^T是控制矢量，其中n,δ_e,δ_a,δ_r分别代表电机转速，升降舵偏转角度，副翼偏转角度和方向舵偏转角度，B₂是控制系数矩阵，C₁,C₂是状态加权矩阵，D₁₁,D₂₁是扰动加权矩阵，D₁₂,D₂₂是控制加权矩阵。