[发明专利]基于给定时间的四旋翼无人机高精度姿态跟踪控制方法

权利要求书

1.一种基于给定时间的四旋翼无人机高精度姿态跟踪控制方法，其特征是，步骤如下：

第一部分，面向控制的四旋翼无人机姿态模型建立：考虑四旋翼无人机的固有特性及飞行中的动力学因素，建立四旋翼无人机的姿态数学模型，对模型进行增广处理，获得基于增广系统的四旋翼无人机面向控制模型；

第二部分，给定时间时变滑模面设计：设计基于给定时间和姿态跟踪误差初值的时变高阶多项式，为了保证姿态跟踪收敛时间的可控性，通过求解多项式参数，使得时变高阶多项式及其各阶导数在给定时间内收敛到零，在此基础上，构建基于时变高阶多项式和四旋翼无人机姿态跟踪误差的时变滑模面，使得四旋翼无人机姿态跟踪系统的初始状态位于时变滑模面上；

第三部分，给定时间高精度连续控制器设计：对时变滑模面求导，综合利用等速趋近律和幂次趋近律推导四旋翼无人机的虚拟姿态控制律，确保无人机姿态跟踪误差在给定时间内快速收敛，为获得实际工程应用的连续控制律，对设计的给定时间虚拟姿态控制律进行零初始条件下积分，得到用于四旋翼无人机控制的连续控制律。

2.如权利要求1所述的基于给定时间的四旋翼无人机高精度姿态跟踪控制方法，其特征是，

第一步，面向控制的四旋翼无人机姿态模型建立，考虑四旋翼无人机的固有特性，无人机在飞行过程中的动力学因素及受力平衡关系，建立四旋翼无人机的姿态数学模型如下

其中，表示无人机的姿态角向量，φ为俯仰角，θ为滚转角，为偏航角；Ω＝[ω_x,ω_y,ω_z]^T表示无人机的姿态角速度；I＝diag[I_xx,I_yy,I_zz]表示无人机惯性矩阵参数，τ＝[τ₁,τ₂,τ₃]^T为无人机控制力矩，△模拟无人机实际飞行过程中可能遇到的外界风干扰，变换矩阵W定义如下

针对式(1)，引入中间变量

x₁＝Θ,x₂＝WΩ (2)

假定无人机飞行过程中的期望姿态角定义姿态角跟踪误差向量

由式(1)、(2)及(3)可知，四旋翼无人机姿态跟踪误差的动态系统表示为

其中，τ'为待设计的四旋翼无人机虚拟姿态控制律，△'为系统的综合干扰，为了获得满足工程应用的连续控制信号，对姿态误差模型进行增广处理，引入中间变量

e₃＝τ'+△' (5)

由此可以得到基于增广系统的四旋翼无人机误差动态系统