[发明专利]一种基于饱和自适应滑模控制的四旋翼自主着船方法

权利要求书

1.一种基于饱和自适应滑模控制的四旋翼自主着船方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤一 分别建立四旋翼和无人船的六自由度模型，通过坐标变换，建立两者间的相对运动学与相对动力学模型；

步骤二 相对位置控制器的外环设计：给定期望相对位置，设计自适应滑模控制律，计算实现控制目标的四旋翼的一个控制输入量，同时可以得到内环的四旋翼的期望姿态；

步骤三 相对位置控制器的内环设计：根据步骤二中所得的期望姿态，设计自适应滑模控制律，计算四旋翼的另外三个控制输入量；其中，期望姿态的导数通过指令滤波器得到；

步骤四 相对高度控制设计：给定期望相对零高度，计算四旋翼的一个控制输入量，使得四旋翼和无人船之间的高度差被消除；

步骤五 相对高度控制设计：给定期望相对零姿态，计算四旋翼的另外三个控制输入量，使得四旋翼和无人船之间的姿态差被消除，从而四旋翼平稳降落到无人船上；

在步骤一中所述的相对运动学与相对动力学模型的建立，其步骤如下：

首先，建立惯性坐标系以及四旋翼和无人船的体坐标系，是建立在地球上的惯性坐标系，和分别是四旋翼和无人船的体坐标系，坐标中心是四旋翼和无人船的几何中心点；

四旋翼的运动学和动力学方程为

其中，ξ₁＝[x₁,y₁,z₁]^T和η₁＝[φ₁,θ₁,ψ₁]^T分别是位置和姿态矢量，V₁＝[u₁,v₁,w₁]^T和Ω₁＝[p₁,q₁,r₁]^T是速度和角速度矢量，I₁是惯性矩阵，F＝[0,0,F_total]^T和τ＝[τ_x,τ_y,τ_z]^T表示电机的推力和力矩，F_aero，F_grav和T_aero分别表示气动力、重力和气动力矩，d_f和d_m表示外部干扰量；

其中

无人船的运动学和动力学方程为

其中，ξ₂＝[x₂,y₂,z₂]^T和η₂＝[φ₂,θ₂,ψ₂]^T分别是无人船的位置和姿态矢量，V₂＝[u₂,v₂,w₂]^T和Ω₂＝[p₂,q₂,r₂]^T是无人船的速度和角速度矢量，T_x，T_y和T_z是无人船的控制输入，ζ_i和(i＝1,2,3)是由海况决定的运动系数，和表示外部干扰量；

因此，四旋翼和无人船的相对模型为

d₁和d₂表示为

其中，ξ＝ξ₁-ξ₂＝[x,y,z]^T和η＝η₁-η₂是坐标系下的相对位置和相对姿态，和是坐标系下的相对速度和相对角速度，h(η₁)是矩阵的最后一列，和是四旋翼的气动摩擦系数矩阵；d₁和d₂是有界的，其未知界表示为和ΔF_total和Δτ为输入饱和导致的控制输入和执行器机构实际输出量的差值，ΔF_total＝sat(F_total0)-F_total0，Δτ＝Sat(τ₀)-τ₀，