[发明专利]基于自抗扰控制技术的四旋翼飞行器位置控制方法和系统

权利要求书

1.一种基于自抗扰的四旋翼飞行器位置控制方法，其特征在于，针对四旋翼飞行器的位置控制模型设计自抗扰控制器；在所设计的自抗扰控制器中，利用跟踪微分器将被控对象反馈的位置信号y进行平滑降噪处理后送入观测器；观测器采用三阶扩张状态观测器，利用平滑降噪处理后的位置信息以及加入电机响应延时τ的控制量u(t-τ)，对位置控制模型的各阶状态以及作用在模型上的内、外部扰动进行观测估计；将观测器输出的位置和速度的估计量与给定量做差，差值经过非线性控制率计算得到初步控制量u₀，最后利用三阶扩张状态观测器得到的扰动估计量在该初步控制量u₀的基础上进行补偿后，获得最终的输出控制量u(t)；

建立与自抗扰控制器并列的PID控制器；采用PID控制器控制手动起飞过程，在飞行器进入自动模式并稳定悬停后，开始同时运行PID控制器与自抗扰控制器，但此时仍采用PID控制器的输出量作为实际的输出控制量；并判断两控制器计算得到的输出控制量是否相差在一定范围内，若自抗扰控制器的输出控制量不发散且两控制器计算获得的输出控制量数值相差在一定范围内，则切换为自抗扰控制器控制。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟踪微分器采用最速综合函数fhan构建；在最速综合函数中，快速因子r采用10⁴量级数据，滤波因子h₁采用10^-2量级数据。

3.一种基于自抗扰的四旋翼飞行器位置控制系统，其特征在于，包括自抗扰控制器；所述自抗扰控制器包括跟踪微分器、观测器、非线性控制率计算模块、时延模块和控制量补偿模块；该四旋翼飞行器位置控制系统还包括PID控制器、切换控制模块和切换开关；

跟踪微分器，用于将被控对象反馈的位置信号y进行平滑降噪处理后获得平滑位置信号y₁送入观测器；

时延模块，用于将输出控制量u(t)加入电机响应延时τ后形成u(t-τ)输入到观测器；

观测器采用三阶扩张状态观测器，用于利用平滑位置信号y₁和加入时延的控制量u(t-τ)，对位置控制模型的各阶状态以及作用在模型上的内、外部扰动进行观测估计，获得位置估计量z₁、速度估计量z₂以及扰动估计量；

非线性控制率计算模块，用于将位置估计量z₁和速度估计量z₂与给定量做差，经过非线性控制率计算后得到初步控制量u₀；

控制量补偿模块，用于利用三阶扩张状态观测器得到的扰动估计量在所述初步控制量u₀的基础上进行补偿，获得最终的输出控制量u(t)；

切换控制模块，用于在手动起飞阶段，通过控制切换开关，使得PID控制器工作；飞行器进入自动模式并稳定悬停后，通过控制切换开关，使得PID控制器与自抗扰控制器同时工作，但此时仍采用PID控制器的输出量作为实际的输出控制量；判断两控制器计算得到的输出控制量是否相差在一定范围内，若自抗扰控制器的输出控制量不发散且两控制器计算获得的输出控制量数值相差在一定范围内，则通过控制切换开关，切换为自抗扰控制器工作。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述跟踪微分器采用最速综合函数fhan构建；在最速综合函数中，快速因子r采用10⁴量级数据，滤波因子h₁采用10^-2量级数据。