[发明专利]用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法

说明书

本发明涉及一种直流无刷电机的非线性控制方法，为提出一种基于SMC(滑模鲁棒控制)的闭环BLDC(直流无刷电机)控制方法，提高电机的响应速度和抗干扰能力，实现对旋翼式无人机的精确控制。本发明采用的技术方案是，用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法，建立四旋翼无人机的无刷直流电机的数学模型，通过采集电机的三相端电压值计算反电动势的过零点，实现对电机的无传感器驱动；由电机的换相时间获取转速信息，采用SMC控制器实现闭环调速控制。本发明主要应用于直流无刷电机设备的设计制造场合。

技术领域

本发明涉及一种直流无刷电机的非线性控制方法，主要是涉及一种应用于四旋翼无人机直流无刷电机的控制。

背景技术

近年来，对四旋翼无人机的控制研究已成为国内外学者的研究热点。四旋翼无人机是典型的欠驱动、强耦合的非线性系统，研究主要集中于采用非线性控制算法实现对无人机姿态和位置信息的精确控制，而对作为执行器的电机控制却少有专门的研究。电机能够快速准确地跟踪控制器的输出，以及有效地抗扰动性能也是实现四旋翼无人机精确控制的关键因素。

阿拉巴马大学的研究人员使用滑模观测器观测系统中的未知扰动，并将四旋翼无人机飞行系统设计成多级闭环控制系统，采用非线性滑模控制器实现对无人机的控制。但是，这种控制策略忽略了电机扰动对系统稳定性的影响。(期刊：Journal of the FranklinInstitute；著者：Lenaick B，Yuri B，Brian L，出版年月2012；文章题目：Quadrotorvehicle control via sliding mode controller driven by sliding modedisturbance observer，页码：658-684)。

瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员采用高精度的视觉传感器实现无人机的自主飞行控制，在无人机上安装立体成像摄像头，能够实时感知构建周围环境的3D模型，提高无人机对环境的自主适应能力，但是面对狭小空间时，无人机的精确位置控制尤为重要，需要电机良好的动态性能以及抗扰动能力。(会议：IEEE/RSJ International Conference onIntelligent Robots and Systems；著者：Friedrich F，Lionel H，Dominik H，Gim H L；出版年月：2012；文章题目：Vision-Based Autonomous Mapping and Exploration Using aQuadrotor MAV，页码：4557-4564)。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明旨在提出一种基于SMC(滑模鲁棒控制)的闭环BLDC(直流无刷电机)控制方法，提高电机的响应速度和抗干扰能力，实现对旋翼式无人机的精确控制。本发明采用的技术方案是，用于四旋翼无人机电机的滑模控制方法，建立四旋翼无人机的无刷直流电机的数学模型，通过采集电机的三相端电压值计算反电动势的过零点，实现对电机的无传感器驱动；由电机的换相时间获取转速信息，采用SMC控制器实现闭环调速控制。

所述的建立无刷直流电机的数学模型具体步骤是：

假设定子三相绕组的电阻值均相等，绕组自感和绕组之间互感均为常数，两者均与转子位置无关。

L_a＝L_b＝L_c＝L₁

L_ab＝L_ba＝L_ac＝L_ca＝L_bc＝L_cb＝M