[发明专利]一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法

权利要求书

1.一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：给定期望的轨迹跟踪参考信号v_R和φ_R；

步骤二：建立尾座式无人机在过渡段的动力学和运动学模型；

步骤三：设计非线性鲁棒控制器，包括设计标称H_∞控制器和设计非线性干扰观测器；

步骤四：将控制器应用于尾座式无人机，进行轨迹跟踪仿真。

2.根据权利要求1所述的一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法，其特征在于：所述步骤一 的尾座式无人机的非线性模型为：

其中m为飞行器的质量，g是重力常数，v_x,v_y,v_z是飞行器在机体坐标系下的速度，ω_x,ω_y,ω_z是飞行器在机体坐标系下的角速度，θ,ψ分别表示滚转、俯仰、偏航三个欧拉角，c_i(i＝1～9)是与转动惯量有关的定常数，根据飞行器结构不同，通过实验得到，F＝[F_x F_yF_z]^T与T＝[T_x T_y T_z]^T表示飞行器所受到的力和力矩，考虑到不确定性和外部干扰，以及便于控制器设计，方程可以改写为如下形式：

其中表示包含非线性项、耦合项、外部干扰的等效干扰项，则表示外部干扰，b_i(i＝x,y,z)是干扰项系数，为控制输入，表达形式如下：

u_θ＝δ₃+δ₄,

δ_ψ＝δ₃-δ₄.

是四个电机转速，δ_i(i＝1,2,3,4)是四个气动舵偏角，系数的值如下：

其中，λ₁表示电机的推力系数，T_ax是x轴气动力矩，v_b是本体系下速度，ρ是参考大气密度，S是参考气动面积，c是参考气动弦长，α是攻角，β是侧滑角，是各个气动系数，通过实验得到，v_e是惯性系下速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法，其特征在于：所述步骤三 中的非线性鲁棒控制器为：

控制器由两部分构成：标称H_∞控制器和非线性干扰观测器，将控制输入定义为如下形式：

其中是H_∞控制输入，则代表了干扰观测器控制输入。

4.根据权利要求3所述的一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法，其特征在于：所述步骤三 中设计的标称H_∞控制器如下：

H_∞控制器输入通过下式给出：

其中E_i是状态误差阵，K_i是H_∞状态反馈增益，具体形式如下：

令P_i、Q_i为Riccati方程的正定解，则可由下式得到其中状态反馈增益的具体值：

其中“A_ei，B_ei”和“γ”为“系统矩阵”和“闭环传递函数的最大值”，C_ei，D_ei是输出方程矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种基于非线性干扰观测器的尾座式无人机过渡段鲁棒控制方法，其特征在于：所述步骤三 中设计的非线性干扰观测器为：

干扰观测器控制输入的具体形式为如下所示:

其中σ(x)观测器的补偿增益，为了设计得到补偿增益σ(x)，将系统的模型写成如下的表达形式：

其中u表示控制量，d表示外部干扰项，为d的估计值，f(x)，g(x)，m(x)，h(x)是连续的非线性函数，为控制系数函数，因此可以的到状态向量x的如下形式：

为外部干扰项的差值，根据输入输出关系因此可以得到补偿增益σ(x)：