[发明专利]一种无人机姿态控制方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种一种无人机姿态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，获取无人机姿态；S2，根据自抗扰串级PID控制器获取无人机新的姿态；其中所述自抗扰串级PID控制器包括：一外环PID控制器；一外环扩展状态观测器，一内环PID控制器；一内环扩展状态观测器；S3，根据所述新的姿态控制无人机。通过改进扩展状态观测器，降低了干扰对观测性能的影响，从而可以减少无人机受到未知风场的干扰，提高了无人机姿态的控制精度，增加了抗扰能力，减少控制误差。

技术领域

本发明涉及一种自动化技术领域，具体来说，涉及一种无人机姿态控制方法。

背景技术

PID控制是根据反馈量与期望值的误差来消除系统误差的一种控制策略。不依赖于系统的模型，算法简单，参数易于整定，鲁棒性强，采用实际反馈与期望值的误差作为控制策略，通过比例、积分、微分环节的线性加权得到控制量，在各个领域被广泛应用。

针对PID控制的问题，韩京清(“自干扰控制技术”，前沿前沿科学，2007年第1期)改进PID的缺陷，结合现代控制理论的思想，形成了自抗扰控制技术。自抗扰控制，将系统的不确定因素和外部环境造成的扰动进行实时的估计，将所有扰动统称为“总扰动”，将非线性、不确定的对象线性化、确定化，使得系统转化为简单的“积分串联型”线性系统。

在四旋翼无人机上也广泛使用PID技术来实现无人机的姿态的估计，但是，四旋翼无人机飞行时，往往会受到未知风场的干扰，传统的PID控制无法对此未知扰动进行估算和补偿，所以无法有效的进行克服，抗干扰能力较弱。

文献1：“自干扰控制技术”，韩京清，前沿前沿科学，2007年第1期

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种无人机姿态控制方法，能够提高控制精度，增加系统抗扰能力，减少控制误差。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无人机姿态控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，获取无人机姿态；

S2，根据自抗扰串级PID控制器获取无人机新的姿态；

其中所述自抗扰串级PID控制器包括：

一外环PID控制器，外环PID控制器为：

其中，K_p2，K_i2，K_d2为外环PID控制器的比例、积分、微分系数，b₂为外环控制器增益，r₁为期望输入r与输出姿态的状态估计量z₂₁之间的系统误差；

一外环扩展状态观测器，其表达式为：

z₂₁为外环扩展观测器对于所述外环PID控制器输出y的状态观测量，z₂₂为外环PID控制器输出y的微分观测量，通道之间的耦合作为外环PID控制器扰动，把所述扰动扩张成一个新的变量，其观测量为z₃₃；

一内环PID控制器，其中内环PID控制器为

其中，K_p1，K_i1，K_d1为内环PID控制器的比例、积分、微分系数，b₁为内环PID控制器增益，r₃为内环PID控制器输出的状态估计量z₁₁与外环PID控制器输出控制量r₂，r₂＝u₂₂之间的误差值；

一内环扩展状态观测器，其表达式为：