[发明专利]油动四旋翼无人机的姿态控制方法

说明书

本发明公开了油动四旋翼无人机的姿态控制方法，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，经过自适应反步控制算法求出高度控制量U₁、俯仰通道控制量U₂、横滚通道控制量U₃、偏航通道控制量U₄。本发明提出的将自适应积分反步法与混合滤波算法相结合的控制算法，是应用到受到外界环境干扰较大的油动四旋翼无人机上，能够减少稳态误差，提高油动四旋翼无人机自身的飞行抗干扰性。通过与常规积分反步算法进行比较实验，充分证明本发明系统收敛性好且稳定，控制效果较为理想，轨迹跟踪特性较强，具有较强的鲁棒性与抗阵风干扰性。

技术领域：

本发明涉及油动四旋翼无人机的姿态控制方法，属于自动控制领域。

背景技术：

四旋翼无人机结构简单，成本相对也比较低，方便维护。与其他无人机相比，还具有控制灵活方便、可垂直起降、可空中悬停等特点，不论是在军事领域还是在民用领域中，都能够得到非常广泛的应用，相比于电动四旋翼无人机，油动四旋翼无人机因其强大的续航能力和有效的高载荷量，会是今后无人机领域研究的热点。

油动四旋翼采用燃油发动机，机身的震动相比于电动四旋翼比较大，机体的振动会对四旋翼的姿态数据产生有害的噪声，将影响无人机系统的稳定。

现今研究的都是电动四旋翼的姿态控制，普通的电动四旋翼控制算法将自适应控制与反步法相结合，应用于飞行器的飞行控制上，虽然比传统的积分反步法有了明显的抗干扰性，鲁棒性更强，但在飞行器受到外界扰动较大时，依然表现较差。因此，将自适应控制与反步法相结合的技术直接用于油动四旋翼无人机的姿态控制，无法克服机体的振动对四旋翼的姿态数据产生有害的噪声，影响无人机系统的稳定，不能有效的控制油动四旋翼无人机稳定飞行。

发明内容：

为解决将自适应控制与反步法相结合的技术用于油动四旋翼无人机的姿态控制，无法克服机体的振动对四旋翼的姿态数据产生有害的噪声，影响无人机系统的稳定，不能有效的控制油动四旋翼无人机稳定飞行的问题，本发明提供一种将自适应积分反步法与混合滤波算法相结合，将基于自适应积分反步法与混合滤波算法相结合的控制算法应用到振动噪声大的油动四旋翼无人机控制系统中，对油动四旋翼进行稳定控制的油动四旋翼无人机的姿态控制方法。

本发明的目的由如下技术方案实施：油动四旋翼无人机的姿态控制方法，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。

优选的，所述滤波器为低通滤波器。

具体的，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：