[发明专利]一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法

权利要求书

1.一种基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选定四旋翼无人机作为建模对象，建立高度动态模型；

S2：对高度动态模型进行反馈线性化；

S3：根据反馈线性化后的高度动态模型，得到参考模型并设计高度UDE控制律；

S4：设定参考模型和高度UDE控制律的参数，完成无人机的高度控制。

2.根据权利要求1所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，建立高度动态模型的方法为：计算四旋翼无人机的垂直加速度其计算公式为：

其中，u₄表示四个电机旋转产生的合力，θ表示四旋翼无人机的第一欧拉角，φ表示四旋翼无人机的第二欧拉角，m表示四旋翼无人机的质量，d表示外界扰动，g表示重力加速度。

3.根据权利要求1所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，对高度动态模型进行反馈线性化的方法为：设控制输入u的表达式为u＝u₄(cosθcosφ-mg)/m，则对高度动态模型反馈线性化后的表达式为

4.根据权利要求1所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下子步骤：

S31：将反馈线性化后的高度动态模型改写为状态运动方程；

S32：根据状态运动方程得到第一矩阵A和第二矩阵B；

S33：根据反馈线性化后的高度动态模型和其传递函数，得到参考模型；

S34：根据参考模型得到第三矩阵A_m和第四矩阵B_m；

S35：根据第一矩阵A、第二矩阵B、第三矩阵A_m和第四矩阵B_m计算高度UDE控制律。

5.根据权利要求4所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S31中，状态运动方程的表达式为：

其中，z表示四旋翼无人机的高度，表示对四旋翼无人机的垂直速度，表示四旋翼无人机的垂直加速度，d表示外界扰动。

6.根据权利要求4所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S32中，第一矩阵A和第二矩阵B的表达式分别为：

7.根据权利要求4所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S33中，传递函数的表达式：

参考模型的表达式为：

其中，z表示四旋翼无人机的高度，z_m表示参考模型的高度，表示参考模型高度的速率，表示参考模型高度的加速度，c表示参考模型的输入信号，w_n表示固有频率，ξ表示阻尼系数，s表示频率变量。

8.根据权利要求4所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S34中，第三矩阵A_m和第四矩阵B_m的表达式分别为：

9.根据权利要求4所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S35中，高度UDE控制律的控制总输入U的表达式为：

U＝(I-B⁺BG_f)^-1B⁺[A_mx+B_mc-Ax(1-G_f)-sG_fs]

其中，G_f表示一阶低通滤波因子，T表示低通滤波器的时间常数，s表示复数因子，x表示状态向量，B⁺表示矩阵B的伪逆矩阵，B表示第二矩阵，A_m表示第三矩阵，B_m表示第四矩阵，c表示参考模型的输入信号。

10.根据权利要求1所述的基于UDE估计器的无人机高度控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，固有频率w_n的取值为5，阻尼系数ξ的取值为1，低通滤波器的时间常数T的取值为0.005。