[发明专利]无人直升机姿态误差有限时间收敛非线性鲁棒控制方法

说明书

技术领域

本发明属于小型单旋翼无人直升机飞行控制研究领域。具体讲，涉及无人直升机姿态误差有限时间收敛非线性鲁棒控制方法。

背景技术

小型无人直升机一种装备了必要的数据处理单元、传感器、自动控制器以及通信系统的飞行器，能够在无人干预的情况下完成自主飞行任务。由于体积小、重量轻、造价低等特点，使得其在军用和民用上得到了广泛应用。但是小型无人直升机是典型的非线性系统，模型具有较高的非线性、不确定和强耦合等特点，使得对无人直升机的动力学特性分析和控制设计较困难。

近年来，小型无人无人直升机的动力学分析和飞行控制设计受到了国内外学者的广泛关注。线性控制如PID(比例-积分-微分控制:Proportion-Integration-Differentiation)(期刊：IEEE Transactions on Robotics；著者：Paul E.I.Pounds,Aaron M.Dollar；出版年月：2014年；文章题目：Stability of helicopters in compliant contact under PD/PID control；页码：1472-1486)、 LQR(线性调节控制:Linear Quadratic Regulator)(会议：Proceedings of the IEEE International Conference on Automation and Logistics；著者：Guowei Cai,Alvin K.Cai,Ben M.Chen, Tong H.Lee；出版年月：2008年；文章题目：Construction,modeling and control of a mini autonomous UAV helicopter；页码：449-454)等应用于无人直升机控制中，但线性算法忽略了无人直升机的特点，只能保证无人直升机在设定的平衡点处的飞行性能，一旦偏离平衡点，控制性能大大降低。为了克服线性控制的不足，很多非线性控制方法应用于无人机控制领域中。

针对小型无人直升机的姿态非线性控制问题，Hongwu Guo等针对无人直升机的非线性模型，利用模糊控制实现了无人直升机的姿态镇定，但是，模糊控制存在模糊规则库难以建立和更新，且难以进行稳定性分析，因此文中仅进行了数值仿真，而无实际飞行验证(会议： Proceedings of the 25th Chinese Control and Decision Conference；著者：Jianbin YE,Shuai TANG,Li ZHANG,Hongwu Guo；出版年月：2013；文章题目：Fuzzy control of small-scale unmanned helicopter；页码：3040-3045)。王赓等基于期望相应轨迹设计控制器，实现了无人直升机的连续曲线轨迹跟踪控制，然而，在控制器设计中未考虑未建模动态和外界扰动，只是进行了单一模态的飞行实验，既无稳定性分析也没有相应的鲁棒性验证实验(期刊：航空学报；著者：王赓,盛焕烨,吕恬生,王东,胡飞；出版年月：2008；文章题目：天行者小型无人直升机自飞行控制系统设计；页码：170-177)。Kimon P.Valavanis等利用反步法设计控制器，可以有效的抑制扰动，但是反步法的使用引入了系统状态的多次微分，增大了系统的运算量，因此文中仅有数值仿真而无实际飞行控制实验(期刊：IEEE Transacactions on Control Systems Technology；著者：Ioannis A.Raptis,Kimon P.Valavanis,George J.Vachtse vanos；出版年月：2012；文章题目：Linear tracking control for small-scale unmanned helicopters；页码：995-1010)。Gabriel Abba等考虑到了飞行过程中可能遭受到不确定干扰,但是设计控制器时忽略了旋翼的挥舞动力学特性,导致其实验效果不太明显(期刊：IEEE Transacactions on Control Systems Technology；著者：Francois Leonard,Adnan Martini,Gabriel Abba；出版年月：2012；文章题目：Robust nonlinear controls of model-scale helicopters under lateral and vertical wind gusts；页码：154-163)。

发明内容