[发明专利]用于无人机系统的滑模控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种用于无人机系统的滑模控制器设计方法，包括根据无人机系统的动力学模型分析出影响所述无人机系统的匹配干扰和非匹配干扰；使用干扰观测器估计出所述匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的估计值，以及所述非匹配干扰的各阶导数估计值；同时以所述匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的各阶导数估计值为关联项设计出滑模控制器。本发明用于无人机系统的滑模控制器设计方法，设计出的滑模控制器能够同时有效处理无人机系统的匹配干扰和非匹配干扰，有效提升无人机系统的抗干扰能力。

技术领域

本发明涉及无人机系统控制技术领域，具体涉及一种用于无人机系统的滑模控制器设计方法。

背景技术

现阶段小型无人直升机(简称“无人机”)被广泛用于军事和民用各个领域，其能够垂直起降、悬停、高机动飞行等，无人机在飞行过程中会受到阵风干扰的影响，以及受到模型参数摄动等的模型不确定性因素影响，为了确保无人机安全、高效地运行，需要设计高性能的鲁棒控制器。

滑模控制器为基于滑模控制算法设计的控制器，滑模控制也叫变结构控制，本质上是一类特殊的非线性控制，且非线性表现为控制的不连续性，可以在动态过程中，根据系统当前的状态(如偏差及其各阶导数等)有目的地不断变化，迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动。滑模控制器的上述控制特性非常适合应用于无人机系统的控制，现有的滑模控制器只能处理无人机系统的匹配干扰，对非匹配干扰非常敏感；但是，无人机实际运行过程中会同时受到匹配干扰和非匹配干扰的影响，不能处理非匹配干扰的滑模控制器的抗干扰性能较差。此处的匹配干扰为系统的动力学方程中既有输入控制量又有干扰量的干扰，非匹配干扰为系统的动力学方程中只有干扰量而没有控制输入量的干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于无人机系统的滑模控制器设计方法，设计出的滑模控制器能够同时有效处理无人机系统的匹配干扰和非匹配干扰。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于无人机系统的滑模控制器设计方法，包括以下步骤，

根据无人机系统的动力学模型分析出影响所述无人机系统的匹配干扰和非匹配干扰；

使用干扰观测器估计出所述匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的估计值，以及所述非匹配干扰的各阶导数估计值；

同时以所述匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的各阶导数估计值为关联项设计出滑模控制器。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括，同时以所述匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的估计值、所述非匹配干扰的各阶导数估计值为关联项设计出所述滑模控制器的控制率，所述滑模控制器根据所述控制率同时对所述无人机系统的所述匹配干扰和非匹配干扰做补偿。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括，所述无人机系统的动力学模型包括，

P表征无人机系统的位置向量；V表征无人机系统的速度向量；Θ＝[φ θ ψ]^T表征无人机系统的欧拉角向量；Ω表征无人机系统的角速度向量；u＝[δ_col δ_lon δ_lat δ_ped]^T表征无人机系统的控制输入量；

δ_col表征无人机系统的总距舵机输入；δ_lon表征无人机系统的俯仰舵机输入；δ_lat表征无人机系统的横滚舵机输入；δ_ped表征无人机系统的方向舵机输入；

g表征重力加速度；e₃＝[0 0 1]^T表征一个单位向量；R(Θ)和Π(Θ)为旋转矩阵；m表征质量；