[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

摘要

本发明公开了一种用于固定翼无人机的控制约束的扩展鲁棒控制方法。该方法设计的控制器在对状态变量进行扩展后，不仅满足鲁棒控制理论要求的线性矩阵不等式下，还满足推导出的对控制量进行约束的矩阵不等式。原有的控制理论设计如果考虑控制量的约束，控制器的性能会受到很大影响，甚至会不稳定。本发明的方法得出在控制量存在约束时，控制器需满足的矩阵不等式。此外本方法还能够在确定最大干扰的情况下，对控制量进行具体的约束，为了在满足约束的条件下提高控制器的性能，还扩展了状态变量。仿真实例证明了本发明的对控制量具有约束，性能方面具有超调小，过渡平稳等优点。在无人机、工业机器人的控制方面具有广阔的应用前景。

主权项

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。