[发明专利]一种四旋翼无人机姿态动态面控制方法及存储介质

权利要求书

1.一种基于非线性增广观测器的四旋翼无人机姿态动态面控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于两个四元数的非线性函数，建立四旋翼无人机姿态动力学模型；

基于建立的四旋翼无人机姿态动力学模型输出的姿态状态量及角速度状态量，建立非线性增广观测器；

基于非线性增广观察的观测状态量依次代替四旋翼无人机姿态动力学模型输出的姿态状态量及角速度状态量，建立动态面控制器，输出四旋翼无人机姿态控制量。

2.根据权利要求1所述基于非线性增广观测器的四旋翼无人机姿态动态面控制方法，其特征在于，所述“基于两个四元数的非线性函数，建立四旋翼无人机姿态动力学模型”具体包括以下步骤：

根据四旋翼无人机所受的合外力矩M_T包括控制力矩U、科氏力矩M_c、以及不确定性因素力矩Δ，确定四旋翼无人机的姿态动力学模型为ω为在机体坐标E_B下相对于惯性坐标E_I的角速度，且J为四旋翼无人机的转动惯量矩阵，且U为控制力矩，D为合外力矩中除控制力矩之外其他的力矩，有界且导数存在，

基于单位四元数得到四元数表示的转换矩阵q₀为四元数的标量部分，为四元数的矢量部，且满足

将用单位四元数表示得到：其中，I₃是单位矩阵，

基于四旋翼无人机的姿态追踪的期望值建立四旋翼无人机的姿态追踪误差为期望四元数值的标量部分，为期望四元数值的矢量部分，为非线性函数，

根据四旋翼无人机在机体坐标E_b下角速度追踪误差e_ω为为在机体坐标E_b下角速度的期望值，及四旋翼无人机的姿态动力学模型的误差为建立四旋翼无人机的姿态追踪误差动力学方程

根据建立四旋翼无人机最终的姿态动力学模型

3.根据权利要求2所述基于非线性增广观测器的四旋翼无人机姿态动态面控制方法，其特征在于，所述步骤“基于建立的四旋翼无人机姿态动力学模型输出的姿态状态量及角速度状态量，建立非线性增广观测器”具体包括以下步骤：

根据四旋翼无人机姿态动力学模型的耦合部分及不确定量部分，确定新状态量为状态量e_g的导数存在，η是有界的，且L₀为一个正常数；

重新确定变量的符号为将四旋翼无人机最终的姿态动力学模型扩展为：

e_o,i为输出值的测量值，i＝1,2,3；

进而得到非线性增广观测器为：

δ_j,i为观测器的状态量，ε_i为观测器的参数，ε_i∈(0,1)，σ_j,i为观测器的摄动参数，σ_j,i＞0，且满足α_j,i为观测器的增益系数，且满足α_1,i∈(0,1)，其中i＝1,2,3；j＝1,2,3；

根据非线性增广观测器的估计误差为χ_j,i＝e_j,i-δ_j,i，得到非线性增广观测器的误差状态方程为：