[发明专利]多旋翼飞行器偏航抗饱和控制方法及多旋翼飞行器

说明书

本发明提供的多旋翼飞行器偏航抗饱和控制方法及多旋翼飞行器，不但能够提高飞行器偏航控制性能，而且有效抑制偏航抗饱和现象，增强飞行器的鲁棒性，还具有控制参数较少，易于工程调节，便于工程实现；适用范围广，不依赖于模型，适用于大部分具有执行器饱和的控制系统，具有较强实用性；根据系统不同状态，采取相应不同控制策略，在保证系统稳定的基础上能够提高系统抗扰动能力，抑制饱和现象，具有实际应用价值。

技术领域

本发明涉及无人飞行器控制技术领域，具体涉及一种多旋翼飞行器及其偏航抗饱和控制方法。

背景技术

四旋翼飞行器作为多旋翼飞行器具有体积小、结构简单、飞行灵活、可垂直起降等特点，在军用与民用领域展示出巨大的应用潜力，受到广泛关注。

多旋翼飞行器的运动是依靠电机带动旋翼进行驱动，在实际工程中，电机由于物理上的限制只能达到有限转速，因此，多旋翼飞行器姿态控制存在执行器饱和现象。执行器饱和会导致系统的调节时间延长、超调增大、振荡、甚至系统失稳。以四旋翼飞行器为控制对象，由于其偏航运动由反扭力矩驱动，滚转与俯仰运动是由升力力矩驱动，反扭力矩比升力力矩小很多，约为升力力矩的0.05倍，因此偏航姿态运动与其他两个姿态运动相比能力非常弱。在实际飞行中，特别是面对复杂的具有干扰的飞行环境，四旋翼飞行器偏航运动容易出现执行器饱和现象，导致性能下降，鲁棒性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多旋翼飞行器及其偏航抗饱和控制方法，解决多旋翼飞行器偏航运动容易达到执行器饱和的问题，提高偏航控制性能，增强偏航鲁棒性。

第一方面，本发明提供的一种多旋翼飞行器偏航抗饱和控制方法,所述方法包括比例控制器、微分控制器与条件积分补偿控制器，

根据获取所述比例控制器的比例控制参数、偏航角误差和第一预设关系确定所述比例控制器的第一控制量；

根据获取的所述微分控制器的微分控制参数和第二预设关系确定所述微分控制器的第二控制量；

根据获取的所述条件积分补偿控制器的积分控制参数、补偿系数、饱和阈值、饱和控制量及第三预设关系确定所述条件积分补偿控制器的第三控制量；

根据所述第一控制量、第二控制量、第三控制量及第四预设关系确定所述偏航抗饱和控制器的控制量。

可选地，所述第一预设关系为：

u_p＝k_pe；

其中，u_p是第一控制量，k_p是比例控制参数，是一个正数，e是偏航角误差，用于表示期望偏航角与实际偏航角的差值。

可选地，所述第二预设关系为：

其中，u_d是第二控制量，k_d是微分控制参数且是一个正数。

可选地，所述第三预设关系为：

其中，u_i为第三控制量，是条件积分补偿量；

所述条件积分补偿量的计算公式如下：

其中，k_i是积分控制参数且是一个正数，正数η为补偿系数，正数ρ表示饱和阈值。

可选地，所述第四预设关系为：

u_n＝u_p+u_i+u_d；