[发明专利]一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法

权利要求书

1.一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于，通过外环位置控制和内环姿态控制，实现对旋翼无人机进行抗风扰控制，包括以下步骤：

检测旋翼无人机的线加速度和角加速度作为反馈，并根据期望轨迹，依次通过外环位置控制和内环姿态控制，得到期望升力和期望力矩，通过期望升力、期望力矩与各螺旋桨升力之间的混控关系得到每个旋翼产生的升力，根据旋翼产生的扭矩与其升力成正比，进而控制相应旋翼的转速以调整旋翼无人机的姿态。

2.根据权利要求1所述的一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于：

外环位置控制：期望轨迹的位置输入至加速度反馈增强H_∞位置控制器，并根据扰动力估计器输出的扰动力，设计得到虚拟控制量v₁，利用v₁与期望轨迹通过位置和姿态动力学解耦得到期望升力和无人机本体坐标系相对于惯性坐标系的姿态角；

内环姿态控制：根据从期望轨迹得到的期望姿态通过加速度反馈增强H_∞姿态控制器，并根据扰动力矩估计器输出的扰动力矩，设计得到虚拟控制量v₂，利用v₂对加速度反馈增强H_∞姿态控制器进行反馈线性化得到期望力矩。

3.根据权利要求1所述的一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于，所述扰动力/力矩估计器是根据传感器测得的旋翼无人机的线加速度和根据角速度在线估计角加速度经计算得到扰动力/力矩的估计值，通过下式实现：

其中，d_f和d_τ为扰动项，分别为扰动力和扰动力矩，J、g、m分别为旋翼无人机的转动惯量、重力加速度常量和旋翼无人机的总质量，f_d表示期望拉力，τ_d表示期望力矩，e₃表示用于转换需要维数的单位列向量，v、ω分别表示旋翼无人机的测量线速度和角速度，R表示从本体坐标系到惯性坐标系的旋转矩阵。

4.根据权利要求1所述的一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于，加速度反馈增强H_∞位置控制器ρ₁和加速度反馈增强H_∞姿态控制器ρ₂通过下式实现：

其中，a₁、a₂为前置高通滤波器的截止频率，都为正常数，s是拉氏变换算子，T(Φ)是反映欧拉角与角速度之间关系的矩阵；

其中，φ为旋翼无人机的横滚角，θ为旋翼无人机的俯仰角。

5.根据权利要求1所述的一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于，所述虚拟控制量v₁通过下式得到：

其中，R_d表示期望旋转矩阵，由设定目标姿态Φ_d＝[φ_d，θ_d，ψ_d]^T给出，其中φ_d，θ_d，ψ_d分别表示旋翼无人机的期望横滚角、期望俯仰角和期望偏航角；m为旋翼无人机的总质量，g为重力加速度常量，e₃表示用于转换需要维数的单位列向量。

6.根据权利要求2所述的一种基于加速度反馈增强的旋翼无人机抗风扰控制方法，其特征在于，所述利用v₁与期望轨迹通过位置和姿态动力学解耦得到期望升力和无人机本体坐标系相对于惯性坐标系的姿态角，包括以下步骤：

其中，f表示期望拉力的模值，v_1x、v_1y、v_1z分别表示虚拟控制量v₁在x、y、z轴的分量。