[发明专利]四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制系统及其方法在审
申请号: | 201910747276.9 | 申请日: | 2019-08-14 |
公开(公告)号: | CN110376898A | 公开(公告)日: | 2019-10-25 |
发明(设计)人: | 谌海云;许瑾;陈华胄;韩旭;程吉祥 | 申请(专利权)人: | 西南石油大学 |
主分类号: | G05B13/04 | 分类号: | G05B13/04 |
代理公司: | 成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙) 51241 | 代理人: | 胡文莉 |
地址: | 637001 四*** | 国省代码: | 四川;51 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 位置子系统 内环 旋翼 自适应控制系统 俯仰 快速终端 控制律 滑模 输出 稳定性和鲁棒性 双闭环结构 自适应估计 饱和函数 飞行控制 俯仰信号 估计系统 结构控制 控制命令 偏航信号 期望信号 输出位置 横滚角 内外环 偏航角 滚转 横滚 减小 响应 期望 | ||
本发明提供了四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制系统及其方法,采用双闭环结构,外环是位置子系统,内环是姿态子系统;外环的位置子系统的输入是给定的期望信号,内环的姿态子系统的输入是由位置子系统输出的滚转、俯仰信号和期望的偏航信号;还包括自适应估计子系统,用于估计系统参数,采用饱和函数代替切换函数。根据控制命令采用内外环结构控制方法;外环输出位置控制律作用于位置子系统,输出俯仰、横滚角作为姿态子系统的输入;内环输出俯仰、横滚、偏航角的控制律作用于姿态子系统。本发明提升了四旋翼无人机的飞行控制性能,增强了系统的稳定性和鲁棒性,减小系统的响应时间。
技术领域
本发明涉及无人机姿态控制技术领域,具体涉及四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制系统及其方法。
背景技术
四旋翼无人机具有可悬停、垂直起降等优越性能,被广泛运用在军用、民用领域。然而四旋翼无人机是一个高度非线性、强耦合、欠驱动的复杂系统,传统的PID控制只在四旋翼无人机工作在悬停点附近、具有近似线性特性时具有较好的控制效果,其鲁棒性较差。
传统滑模控制虽然能对非线性系统进行控制,但存在抖振现象,并且系统状态不能在有限时间内快速收敛。
通常四旋翼无人机的外界干扰是随机变化的,并且对于某些特定功能的无人机来说,其自生参数会在飞行任务中发生变化,比如植保无人机的总质量,随着农药的喷洒,其质量在逐渐减小。需要设计自适应律来对无人机的质量和外界干扰进行估计。
发明内容
本发明提供了四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制系统及其方法,主要用于四旋翼无人机在飞行时控制姿态、快速跟踪指令信号,飞行到指定位置。
四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制系统,采用双闭环结构,外环是位置子系统,内环是姿态子系统;
外环的位置子系统的输入是给定的期望信号,内环的姿态子系统的输入是由位置子系统输出的滚转、俯仰信号和期望的偏航信号;
还包括自适应估计子系统,用于估计系统参数,采用饱和函数代替切换函数。
四旋翼无人机的快速终端滑模自适应控制方法,根据控制命令采用内外环结构控制方法;
所述的外环控制,为位置子系统控制器,算法采用基于自适应快速终端滑模控制,输出位置控制律作用于位置子系统,输出俯仰、横滚角作为姿态子系统的输入;
所述的内环控制,为姿态子系统控制器,输出俯仰、横滚、偏航角的控制律作用于姿态子系统。
将四旋翼无人机模型分为姿态模型和位置模型两部分,控制结构采用双闭环结构,外环是位置子系统,内环是姿态子系统。
设计自适应律用于估计系统参数,从而增强系统的鲁棒性。采用饱和函数代替切换函数,消除滑模控制中的抖振现象。采用开源飞控PIXHAWK将控制算法写入飞控中,调试参数,用在四旋翼无人机上。
快速终端滑模控制可以控制系统状态误差在有限时间内快收敛到零,从而快速响应,快速跟踪上指令信号。
本发明的有益效果是:提升了四旋翼无人机的飞行控制性能,增强了系统的稳定性和鲁棒性,减小系统的响应时间。
附图说明
图1是本发明的控制系统框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案。
本发明的硬件平台,采用X形四轴结构,飞控采用PIXHAWK,基于开源飞控平台,将本发明的控制算法写入。
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