[发明专利]不依靠角速度反馈的无人机鲁棒姿态控制方法和装置

权利要求书

1.一种不依靠角速度反馈的无人机鲁棒姿态控制方法，其特征在于，所述方法应用于四旋翼无人机的处理器；所述方法包括：

采集所述无人机的动力系统输出的姿态角，计算所述姿态角与期望参考量之间的姿态角误差；

根据所述姿态角误差和标称控制信号，生成姿态角速度误差的估计值；所述姿态角包括滚动角、俯仰角或偏航角；

根据所述估计值，更新所述标称控制信号；

根据所述姿态角误差和当前的最终控制信号，生成鲁棒补偿控制信号；

根据更新后的标称控制信号和所述鲁棒补偿控制信号，更新所述最终控制信号；

根据更新后的最终控制信号，控制所述无人机执行所述姿态角对应的姿态；

所述根据所述姿态角误差和标称控制信号，生成姿态角速度误差的估计值的步骤，包括：

通过下述表示线性降阶观测器的公式，计算姿态角速度误差的估计值

其中，i＝φ,θ,ψ；φ为滚动角；θ为俯仰角；ψ为偏航角；l_i为预设的正参数；为a_i的标称参数；a_φ＝a_φ1l_mck_ω；a_θ＝a_θ1l_mck_ω；a_ψ＝a_ψ1k_fmk_ω；a_i1为正参数；l_mc为四旋翼无人机的质心和电机之间的距离，k_fm为力-力矩比例因子，为正常数；k_ω为正常数；为标称控制信号；所述姿态角误差e_i1＝i-r_i；r_i为所述姿态角的期望参考量；z_ei为所述线性降阶观测器的状态；

计算所述估计值的误差其中，

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述估计值，更新所述标称控制信号的步骤，包括：

通过下述公式，计算所述标称控制信号

其中，k_i1和k_i2为预设的正常数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述姿态角误差和当前的最终控制信号，生成鲁棒补偿控制信号的步骤，包括：

通过下述公式，计算鲁棒补偿控制信号

其中，s为拉普拉斯算子；g_i为预设的鲁棒滤波器参数；u_i为当前的最终控制信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的标称控制信号和所述鲁棒补偿控制信号，更新所述最终控制信号的步骤，包括：

通过下述公式，计算所述最终控制信号u_i：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据更新后的最终控制信号，控制所述无人机执行所述姿态角对应的姿态的步骤，包括：

通过下述公式，计算所述无人机四个旋翼的转速：

，

再令其中，u_g为预设的正常数；ω₁、ω₂、ω₃和ω₄分别为四个旋翼的转速；

控制所述无人机四个旋翼按照对应的转速进行旋转，以使所述无人机执行所述姿态角对应的姿态；

u_φ为滚动角控制输入信号，u_θ为俯仰角控制输入信号，u_ψ为偏航角控制输入信号。