[发明专利]一种复合翼无人机的自抗扰控制器及其建立方法

说明书

本发明提供了一种复合翼无人机的自抗扰控制器及其建立方法，在基于自抗扰控制的复合翼无人机控制方式中加入了过渡过程，增加了控制的稳定性。自抗扰控制器具有精度高、抗扰能力强的优点，避免了复合翼无人机在飞行过程中涉及模式切换过程中出现高度控制不稳定的现象，将复合翼无人机的两个系统融合并实现稳定飞行。

技术领域

本发明属于无人机技术领域，具体涉及一种复合翼无人机的自抗扰控制器及其建立方法。

背景技术

无人飞行器(Unmanned aerial vehicle,UAV)简称无人机，是指利用无线电设备进行遥控或计算机程序自主控制的不载人飞行器，具有使用简单，安全性高，成本低廉的特点。早期无人机种类单一，飞行高度低，续航能力差，应用场景有限。伴随着微处理器、微型电机、新型能源、新型复合材料等快速发展，无人机变得种类繁多，飞行高度和续航能力大幅度提升。

由于不同应用场景(作业高度、作业距离、作业时间、任务种类等)对无人机有着不同的需求，诞生出了多种类型的无人飞行器，固定翼与旋翼组成复合式结构无人飞行器，称作复合翼无人机，是一种垂直起降固定翼无人机。这种无人机兼顾了旋翼和固定翼的优势，广泛应用于复杂场景测绘、救灾救援、农业植保、物流配送等方面，具有重要的研究意义和应用价值。复合翼无人机的控制涉及两个模式的切换，目前市面上大多数复合翼无人机在旋翼系统和固定翼系统之间过渡切换过程中存在控制不稳定性现象，经常出现切换过程中无人机高度突然下降或者高度控制不稳定的现象，特别在过渡模式下，当复合翼无人机收到干扰后，飞行高度极其容易出现较大波动甚至坠机，使用自抗扰控制器后，具有一定改善，但仍有不少问题。因此如何将复合翼无人机的两个系统融合并实现稳定飞行，具有极大的挑战性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种复合翼无人机的自抗扰控制器及其建立方法，在基于自抗扰控制的复合翼无人机控制方式中加入了过渡过程，增加了控制的稳定性。

为实现上述目的，本发明的一种复合翼无人机的自抗扰控制器，包括跟踪微分器、扩张状态观测器以及系统控制律；

其中，跟踪微分器用于给输入信号安排过渡过程和提取微分；扩张状态观测器用于用来实时估计系统的扰动并实时给予补偿；系统控制律用于提高系统动态性能；

其中，通过非线性权重分配提高过渡平稳性，具体如下：

其中，α是固定翼系统权重，V是无人机空速，V_min是最小转化空速，V_max是最大转化空速，C_L为升力系数，是以空速V进行巡航时的迎角。

其中，所述跟踪微分器形式如下所示：

fh＝fhan(v₁(k)-v(k),v₂(k),r,h₁)

v₁(k+1)＝v₁(k)+h₂v₂(k)

v₂(k+1)＝v₂(k)+h₂fh

其中v(k)代表输入离散信号，fhan为最速综合函数，v₁(k)与v₂(k)分别为跟踪的输入信号本身以及其导数，r,h₁分别代表放大因子与滤波因子，h₂代表步长因子；

最速综合函数fhan(x₁,x₂,r,h)具体表达式如下所示：

d＝rh²,a₀＝hx₂