[发明专利]一种复合翼垂直起降无人机旋翼模式控制方法及系统

权利要求书

1.一种复合翼垂直起降无人机旋翼模式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立复合翼垂直起降无人机在旋翼模式下的位置子系统和姿态子系统的非线性模型；

所述位置子系统的非线性模型的表达如下：

其中，p＝(x,y,z)为地面坐标系下的无人机位置，v＝(v_x,v_y,v_z)为速度，g为重力加速度，p₃＝[0 0 1]^T，u_f代表总推力，d_f为模型参数不确定性和外界干扰产生的地面坐标系上三轴干扰力；

所述姿态子系统的非线性模型如下：

其中，J为转动惯量矩阵，d_τ为阻力力矩，ξ＝(φ,θ,ψ)表示滚转角、俯仰角和偏航角，τ＝(τ_φ,τ_θ,τ_ψ)为无人机受到的力矩；

步骤2、根据位置子系统的非线性模型构建位置扩展状态观测器，基于递归滑模控制器并结合位置扩展状态观测器构建位置子系统控制器，根据位置子系统控制器得到复合翼垂直起降无人机位置的三轴位置控制量；

所述递归滑模控制器的建立过程如下：

复合翼垂直起降无人机x轴位置的跟踪误差e_x＝x-x_d，x_d为期望的位置，定义第一层滑模面σ_x：

其中，γ，β和α为正常数；

根据第一层滑模面定义第二层滑模面s_x:

s_x＝σ_x+λσ_Ix

根据第二层滑模面s_x确定滑模控制器的等效控制率：

滑模控制器的切换控制率为：

其中，k₁和k₂为控制器系数，为干扰d_x估计值；

将等效控制率和切换控制率相加得到x轴位置的控制量u_x；

所述复合翼垂直起降无人机的三轴位置控制量的表达式如下：

其中，u_x,u_y,u_z分别为无人机X,Y,Z三轴的控制量，y_d和e_y为y轴的期望位置和跟踪误差，z_d和e_z为z轴期望的位置和跟踪误差，和为d_y和d_z的观测值，σ_Iy，s_y，σ_Iz和s_z为相应递归滑模控制定义的滑模变量；

步骤3、根据复合翼垂直起降无人机的姿态期望值构建跟踪微分器，根据姿态子系统的非线性模型构建姿态扩展状态观测器，根据跟踪微分器和扩展状态观测器通过线性反馈控制率建立姿态控制器，姿态控制器输出姿态控制量；

步骤4、基于步骤2和步骤3得到的位置控制量和姿态控制量，控制复合翼垂直起降无人机在旋翼模式下飞行。

2.根据权利要求1所述的一种复合翼垂直起降无人机旋翼模式控制方法，其特征在于，步骤2的过程具体如下：

根据位置子系统的非线性模型构建扩展状态观测器；

建立递归滑模控制器，并确定滑模控制器的等效控制率；

根据扩展状态观测器估计的干扰建立滑模控制器的切换控制率；

根据等效控制率和切换控制率得到复合翼垂直起降无人机的三轴位置控制方程，根据三轴位置控制方程得到三轴的位置控制量。