[发明专利]一种基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法

说明书

本申请涉及一种基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法，该方法包括：采用预先构建的自适应故障估计模型对飞行器的故障进行实时估计，获得故障估计信息；根据所述故障估计信息，构建四旋翼容错控制器，对所述飞行器的姿态和位置进行调整，使所述飞行器的回到期望的姿态和位置；将超扭算法应用到滑模控制器的中，能有效抑制抖振，提高了飞行器容错控制系统系统的稳定性。

技术领域

本申请涉及飞行器自动控制技术领域，特别是涉及一种基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法。

背景技术

四旋翼飞行器因具有结构简单，操作方便，成本低廉，可实现垂直起降、空中悬停等优点而在军用和民用领域都有着广泛的应用。例如，军事侦察、精准打击、空气污染检测、城市交通监控、电力巡检、农业植保、火灾早期探测、空中搜救等。然而四旋翼是一个典型的非线性、欠驱动、强耦合的系统，这一特性给四旋翼控制器的构建带来了困难。飞行环境的复杂性和四旋翼的结构特性使其容易受到风力、陀螺效应等不确定外部扰动。长时间飞行可能使执行器出现故障，甚至有坠机的风险。

控制器不仅要精确控制飞行器，而且需要具有容忍故障的能力，飞行器容错控制系统的构建非常困难，因为其模型具有多变量、非线性、强耦合等特性。因此，现有技术主要集中于基于状态观测器的状态反馈容错控制，但由于状态估计和故障估计之间存在耦合关系，控制器构建难度较大，导致构建出来的飞行器容错控制系统系统稳定性低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高飞行器容错控制系统系统稳定性的基于超扭滑模的四旋翼自适应容错控制方法。

采用预先构建的自适应故障估计模型对飞行器的故障进行实时估计，获得故障估计信息；

根据所述故障估计信息，构建四旋翼容错控制器，对所述飞行器的姿态和位置进行调整，使所述飞行器的回到期望的姿态和位置；

预先构建的自适应故障估计模型的方式，包括：

在考虑外部扰动和执行器故障的情况下，构建自适应故障估计模型，用于估计外部扰动的实际值和故障的实际值；

所述自适应故障估计模型的表达式为：

其中，为扰动的估计值，为扰动的估计值的导数，为故障的估计值，为故障的估计值的导数，为扰动的估计误差，为故障的估计误差。γ_i为自适应估计的第一参数，η_j为自适应估计的第二参数，d_i为外部扰动，f_j为执行器故障，飞行器在地球坐标系下的位置用x,y,z表示，飞行器姿态的欧拉角用θ,ψ,φ表示，分别代表滚转角、俯仰角和偏航角；

构建四旋翼容错控制器的方式，包括：

基于四旋翼飞行器的动力学模型，建立四旋翼飞行器存在执行器故障和扰动的模型；

根据所述自适应故障估计模型实时估计的故障估计信息，构建姿态子系统容错控制器；

根据所述自适应故障估计模型实时估计的故障估计信息，构建位置子系统控制器。

在其中一个实施例中，所述四旋翼飞行器的动力学模型为：