[发明专利]油动四旋翼无人机的姿态控制方法

权利要求书

1.油动四旋翼无人机的姿态控制方法，其特征在于，其包括高度控制器、水平位置控制器、姿态控制器和滤波器，将滤波器与算数平均滤波相结合得到本次精准高度向量z、本次精准水平向量y、本次精准水平向量x，分别由高度向量期望值z_d、水平向量期望值y_d、水平向量期望值x_d与本次精准高度向量z、本次精准水平向量y、本次精准水平向量x做差后，经过自适应反步控制算法求出高度控制量U₁和水平位置控制量u_x和u_y，然后u_x和u_y进入姿态控制器，由u_x和u_y反解算出的俯仰姿态角期望值φ_d和横滚姿态角期望值θ_d与本次精准俯仰姿态角φ、本次精准横滚姿态角θ做差后，经过积分反步控制算法，获得俯仰通道控制量U₂和横滚通道控制量U₃，同理可得偏航通道控制量U₄。

2.根据权利要求1所述的油动四旋翼无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述滤波器为低通滤波器。

3.根据权利要求2所述的油动四旋翼无人机的姿态控制方法，其特征在于，将低通滤波器与算数平均滤波相结合得到精准状态向量的方法如下：

低通滤波器如式(1)所示，

G(jw)＝G₀/(1+jw/w_c) (1)

根据式(1)设计低通滤波器：

连续采样n次并进行算数平均，其数学表达式为：

其中，为n个采样值的算数平均值；

将代入式(2)的B_j中，计算精准状态向量：

其中，A_i为本次精准状态向量，B_j为本次采样值，g_j为采样值的加权系数，ω_c为截止频率，rc为时间常数，t_s为采样时间，α为低通滤波器系数；

将检测到的n个高度向量z或水平向量y或水平向量x或俯仰姿态角φ或横滚姿态角θ，通过公式(4)计算得到本次精准高度向量z或本次精准水平向量y或本次精准水平向量x或本次精准俯仰姿态角φ或本次精准横滚姿态角θ。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的油动四旋翼无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述姿态控制器的设计方法如下：

对于四旋翼无人机的姿态子系统，

引入跟踪误差和其积分项：

其中，X₁为本次精准俯仰姿态角φ，X_1d是俯仰姿态角期望值φ_d，k₁为误差的加权系数；

考虑关于两者的李雅普诺夫函数及其对时间的导数：

其中c₁是积分项参数；

设f_i为虚拟控制量，其表达式为

其中β₁是误差参数；

其次，引入跟踪误差：

再考虑李雅普诺夫函数及对时间的导数：

令

则可以设计控制律：

使得负定，其中β₁，β₂均大于0，U₂为俯仰通道控制量；根据李雅普诺夫稳定性定理，设计的控制律可以保证(e₁,e₂)渐进趋于零；

横滚通道控制量U₃和偏航通道控制量U₄与得到俯仰通道控制量U₂的推导过程相同；参数定义规则也一致，故只给出推导结论：