[发明专利]一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法，姿态控制过程分为以下几步：（1）建立无人机姿态控制系统模型；（2）在无人机上安装一台传感器，用于时时传输无人机在运动过程中的位置；（3）设计有限时间观测器并将传感器时时采集到的位置数据传输到有限时间控制算法模块中，使得无人机姿态实现在有限时间内镇定到由系统的平衡点组成的集合。本发明的一种基于有限时间的无人机姿态控制方法，控制速度快、不会产生抖颤现象、节省能量，对硬件设备要求较低，运动鲁棒性高，实用性强，易于商业化。

技术领域

本发明涉及无人机姿态控制的技术领域，具体涉及一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法。

背景技术

传统的姿态机动方法是利用欧拉角作反馈信号，用喷管或发动机摆角来进行控制。这类推力矢量机构提供的作用力是非线性的，有些还具有开与关的切换特点，类似于继电；器控制作用，因而采用直接的非线性控制方案效果会比较好，并较易于实现。因此，对系统参数摄动和外部干扰具有鲁棒性的变结构控制方法受到了极大重视。

目前针对无人机姿态的控制算法大致有三种：(1)自适应控制方法，(2)最优化方法，(3)鲁棒控制方法；但是这些算法计算复杂、计算量大、对系统的实时性要求高，这将增加算法实现成本，不利于实际应用。

因此，为解决上述问题，需要提出一种稳定性好、实时性强、成本低，利用实际应用的无人机姿态控制算法。

发明内容

本发明提供一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法，该算法稳定性好、实时性强、成本低、便于实际应用。

本发明通过采取如下技术方案得到：

一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法，包括下列步骤：

(1)、一般无人机姿态控制系统由姿态动力学和姿态运动组成；建立无人机姿态控制系统模型，模型中包括姿态动力学和姿态运动学，无人机姿态动力学方程可由微分方程公式(1)描述：

公式(1)中，J＝diag(J₁,J₂,J₃)为惯量矩阵，ω＝[ω₁,ω₂,ω₃]^T为角速度向量，u＝[u₁,u₂,u₃]^T为控制输入信号，d(t)＝[d₁(t),d₂(t),d₃(t)]^T为外部扰动，且存在常数l满足|d_i(t)|≤l,l＞0,i＝1,2,3，s(ω)为斜对称矩阵，即

无人机姿态运动学方程通常为：

公式(2)中为无人机的四元数，

公式(3)中，I₃为3×3的单位矩阵，q₀＝cos(Φ/2),q_i＝e_i sin(Φ/2),i＝1,2,3.，其中Φ为欧拉转角，e为转轴的单位矢量，e_i,i＝1,2,3.为e在参考坐标系中的三个方向余弦，且有成立，则成立；

(2)、在无人机上安装上用于传输位置信息的传感器；为有限时间控制器提供反馈信息，用于时时传输无人机在运动过程中的位置；

结合公式(1)、(2)，无人机姿态控制系统的数学模型可以改写为：

公式(4)中干扰