[发明专利]一种四旋翼无人机复合动态逆抗干扰姿态控制方法

权利要求书

1.一种四旋翼无人机复合动态逆抗干扰姿态控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立四旋翼无人机姿态子系统的受扰动力学模型；

所述四旋翼无人机姿态子系统的受扰动力学模型如下：

其中，φ表示四旋翼无人机的滚转角，θ表示四旋翼无人机的俯仰角，ψ表示四旋翼无人机的偏航角；w_x，w_y和w_z分别表示绕x，y和z轴的旋转角速度；J_x，J_y和J_z分别表示绕x，y和z轴的转动惯量；τ_x，τ_y和τ_z分别表示作用在x，y和z轴的力矩；D_x,D_y,D_z表示三个轴向的集总干扰；s_φ表示sinφ，c_φ表示cosφ，c_θ表示cosθ，t_θ表示tanθ；字母上方一点表示其一阶微分；

(2)将四旋翼无人机的内回路控制转化为姿态指令跟踪误差镇定问题；

定义：

定义姿态跟踪误差：

则得姿态指令跟踪误差动态：

其中Θ_d＝[φ_d θ_d ψ_d]^T，φ_d，θ_d和ψ_d为期望的滚转角、俯仰角和偏航角；上标T表示矩阵转置；字母上方两点表示其二阶微分；

令D_A为姿态指令跟踪误差系统中的集总干扰；

(3)建立四旋翼无人机姿态子系统的扩张状态观测器，实现集总干扰和姿态跟踪误差变化率的估计；

设计姿态子系统的扩张状态观测器，估计和D_A：

其中，z₁、z₂和z₃为扩张状态观测器动态，和为和D_A的估计值，l₁、l₂和l₃为观测器增益，其形式如下：

其中，和均为正值常数，且其取值保证如下特征方程的特征根s为负数：

其中，s²和s³分别表示s的平方和立方；

(4)结合集总干扰和姿态跟踪误差变化率估计信息，构建姿态回路的复合动态逆控制器；

所述姿态回路的复合动态逆控制器如下：

其中，和为控制器参数，其具有如下形式：

其中，和均为正值常数。