[发明专利]无人机系统飞行控制器设计方法

说明书

本发明公开了一种无人机系统飞行控制器设计方法，包括根据无人机系统的动力学特性将所述无人机系统分成高度子系统、偏航角子系统和水平子系统；基于多变量super‑twisting算法分别设计出所述高度子系统、偏航角子系统和水平子系统的各自独立的飞行控制器。本发明的无人机系统飞行控制器设计方法，根据动力学特性将无人机系统分成高度子系统、偏航角子系统和水平子系统，再分别对应各个子系统设计飞行控制器，无人机系统运行时各个子系统的飞行控制器各自独立的对子系统进行控制，以此设计出来的飞行控制器结构简单，易于在无人机系统上最终实现；另一方面，利用多变量super‑twisting算法设计飞行控制器，能够减少抖振现象。

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域，具体涉及一种无人机系统飞行控制器设计方法。

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。

现有的飞行控制器大多使用滑模控制器，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，但是，现有针对多变量(即“多输入多输出量”)的无人机系统设计的飞行控制器过于复杂，运行效率低，不易于在无人机系统上最终实现。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种无人机系统飞行控制器设计方法，设计出的飞行控制器结构简单，易于在无人机系统上最终实现。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无人机系统飞行控制器设计方法，包括，

根据无人机系统的动力学特性将所述无人机系统分成高度子系统、偏航角子系统和水平子系统；

基于多变量super-twisting算法分别设计出所述高度子系统、偏航角子系统和水平子系统的各自独立的飞行控制器。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括以下步骤，

创建无人机系统的动力学模型；

以所述动力学模型为基础，基于多变量Super-Twisting算法设计干扰观测器，通过所述干扰观测器估计出所述无人机系统的力干扰估计值和力矩干扰估计值；

同时以所述力干扰估计值、力矩干扰估计值为关联项设计出所述高度子系统的飞行控制器、所述偏航角子系统的飞行控制器、所述水平子系统的飞行控制器。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括同时以所述力干扰估计值、力矩干扰估计值为关联项设计出所述飞行控制器的控制率，所述飞行控制器根据所述控制率对所述无人机系统做干扰补偿。

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，

d_V＝R(Θ)f_dV/m表征作用在无人机上的力干扰；

d_Ω＝J^-1τ_dΩ表征作用在无人机上的力矩干扰；

P、V分别表征惯性坐标系下无人机系统的位置向量和速度向量；