[发明专利]一种无人直升机自抗扰飞行速度和姿态控制方法

说明书

本发明涉及无人机控制领域，具体的说是一种无人直升机自抗扰飞行速度和姿态控制方法。本发明包括横向通道控制、纵向通道控制、高度通道控制、偏航通道控制，每个通道控制过程均包括以下步骤：安排过渡阶段，将控制输入ν平滑化得到平滑的控制输入ν₁；根据第一级ADRC的扩张状态观测器，得到观测状态量和扩张状态量；根据平滑的控制输入ν₁、观测状态量和所述扩张状态量，得到第一级自抗扰控制器的输出；扰动补偿阶段，分别得到各个通道的控制器输出。本发明各通道间的耦合则被视为扰动，自抗扰控制器可通过扩张状态观测器的扰动估计和扰动补偿，将其耦合抵消。该发明是一种无模型控制器，它不需要被控对象的精确模型，而是依靠误差来控制。

技术领域

本发明涉及无人机控制领域，具体的说是一种无人直升机自抗扰飞行速度和姿态控制方法。

背景技术

无人直升机飞行控制系统主要由两部分组成，第一部分为速度和姿态控制系统，主要负责增稳，使无人直升机在外界条件不改变的情况下处于稳定状态，是飞行器能够自主飞行的基础，第二部分为位置控制系统，它的作用是控制飞行器的飞行路径，使其能够按照用户给定的航线或者航点进行飞行。

传统直升机飞控的姿态控制和速度控制一般是多使用经典控制理论作为理论依据，PID控制器作为其控制器来进行控制的。PID是一种无模型控制器，它可以只根据被控变量的误差来进行控制，所以在设计基于PID控制器的控制系统时，可以将被控对象看作一个只有输入、输出的黑盒。正是因为PID控制技术是立足于使用误差来控制误差，不需要复杂的数学建模过程，它才能在实际的工程应用当中占有统治地位。但是，由于PID控制技术是一个较早出现的控制技术，因此它受到研发时代的理论水平、技术水平落后的影响，设计出PID时并没有先进的数字计算机、以及使用数字计算机完成的各种数字信号处理技术，当时的PID控制技术带着许多现在看来“不尽人意的缺陷”进入了控制工程中，出色地完成了大部分的控制任务，从而在控制工程这一领域占有了的及其重要的地位。

PID控制技术的如下四个方面的缺陷：通过e(t)＝υ(t)-y(t)这样直接相减的方式产生的原始误差作为控制器的输入的控制效果并不理想；微分环节的输入没有良好的算法来计算；线性组合不一定是最好的组合方式；误差信号e(t)的积分—的引入有很多负作用。显然，上述四个方面的缺陷都是在PID出现那个年代的大环境下所产生的问题。在现如今数字信号处理发达的条件下，我们就有了更多的手段来弥补这些缺陷。贯彻PID控制技术的精髓——误差来减少误差的过程控制思想，利用现代先进的数字信号处理技术，并合理开发特殊的非线性效应来探讨克服上述PID控制技术的四个方面缺陷的过程中，催生了新型实用数字控制技术——自抗扰控制技术。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种无人直升机自抗扰飞行速度和姿态控制方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种无人直升机自抗扰飞行速度和姿态控制方法，包括横向通道控制、纵向通道控制、高度通道控制、偏航通道控制，每个通道控制过程均包括以下步骤：

安排过渡阶段，将控制输入ν平滑化得到平滑的控制输入ν₁；

根据第一级ADRC的扩张状态观测器，得到观测状态量和扩张状态量；

根据平滑的控制输入ν₁、观测状态量和所述扩张状态量，得到第一级自抗扰控制器的输出；

扰动补偿阶段，分别得到各个通道的控制器输出。

所述横向通道控制的控制器输出为δ_lat＝u₀₃+u₀₄，u₀₃为横向通道姿态串级自抗扰控制的控制器输出，u₀₄为横向通道速度串级自抗扰控制的控制器输出。

所述横向通道姿态串级自抗扰控制包括以下步骤：