[发明专利]一种倾转旋翼无人机强鲁棒全包线一体化控制方法

权利要求书

1.一种倾转旋翼无人机强鲁棒全包线一体化控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：在当前控制周期内，将来自遥控器或地面站的各通道信号映射为对应被控状态量的操纵指令，包括俯仰角指令、滚转角指令、偏航角速度指令、高度指令和前飞油门指令；

S2：根据各操纵指令生成符合被控无人机物理特性的参考指令，包括俯仰角参考指令、滚转角参考指令、偏航角速度参考指令、高度参考指令和前飞油门参考指令；并生成俯仰角参考指令、滚转角参考指令、偏航角速度参考指令和高度参考指令的微分参考指令，包括俯仰角速度参考指令、滚转角速度参考指令、俯仰角加速度参考指令、滚转角加速度参考指令、偏航角加速度参考指令、垂直速度参考指令和垂直加速度参考指令；

S3：采用PD控制结构，根据俯仰角参考指令、滚转角参考指令、俯仰角速度参考指令、滚转角速度参考指令、偏航角速度参考指令、高度参考指令和垂直速度参考指令分别与对应的被控状态量间的误差，生成对应被控状态量的补偿控制信号作为加速度补偿指令，俯仰角加速度参考指令、滚转角加速度参考指令、偏航角加速度参考指令和垂直加速度参考指令分别与对应被控状态量的加速度补偿指令叠加后，与前飞油门参考指令一起构成加速度控制指令；

S4：采用速度信号滤波后进行差分的方式对被控无人机当前控制周期的实际加速度进行估计，将加速度控制指令与当前控制周期的加速度估计值做差得到加速度误差信号；

S5：将加速度误差信号映射为被控无人机作动器控制指令的增量，在加权伪逆算法的基础上加入分级分配抗饱和算法，通过对俯仰角指令、滚转角指令、偏航角速度指令、高度指令和前飞油门指令的分级分配，并根据各作动器的位置和速率限制，对作动器控制指令的增量进行缩放；

S6：将缩放后的作动器控制指令的增量与当前控制周期的作动器位置信号叠加，生成当前控制周期的作动器控制指令，完成当前控制周期的控制律解算；

返回步骤S1，重复执行步骤S1～步骤S6，进行下一控制周期的解算，直至飞行结束；

其中，步骤S5，具体包括如下步骤：

S51：根据过渡走廊约束、作动器速率和位置限制以及当前控制周期的作动器位置确定作动器控制指令的边界：

其中，和u分别表示加入过渡走廊约束的作动器位置的上限和下限，和分别表示作动器速率限制的上限和下限，u₀表示当前控制周期的作动器位置，Δt表示控制器的采样周期；

S52：计算初始作动器控制指令的增量Δu：

Δu＝[K_rB_r K_aB_a]⁺Δv (2)

其中，Δv表示加速度控制指令与当前控制周期的加速度估计值之间的误差向量，V_a表示空速，K_a和K_r分别表示气动舵面和旋翼的操纵权重，B_r和B_a分别表示气动舵面和旋翼的操纵效能矩阵；

S53：判断Δu是否超出作动器控制指令边界若否，则执行步骤S54；若是，则执行步骤S55；

S54：直接输出初始作动器控制指令的增量Δu；

S55：优先分配俯仰角加速度误差、滚转角加速度误差和偏航角加速度误差Δv₁，得到第一次分配结果Δu₁：

S56：判断Δu₁是否超出作动器控制指令边界若是，则执行步骤S57；若否，则执行步骤S58；

S57：对Δu₁进行线性缩放，使Δu₁落在边界之内，更新边界值：

S58：对垂直加速度误差和前飞油门误差Δv₂进行分配，得到第二次分配结果Δu₂：

S59：判断Δu₂是否超出更新后的作动器控制指令边界若是，则执行步骤S60；若否，则执行步骤S61；

S60：对Δu₂进行线性缩放，使Δu₂落在边界之内，更新边界值；

S61：输出作动器控制指令的增量Δu＝Δu₁+Δu₂。