[发明专利]基于迭代学习的微小型无人直升机非线性控制方法

说明书

本发明涉及微小型无人直升机非线性控制，为克服现有技术的上述不足，减少单旋翼无人直升机对于系统模型的依赖，提高单旋翼无人直升机在实际飞行过程中的稳定性和鲁棒性。本发明，基于迭代学习的微小型无人直升机非线性控制方法，步骤如下，1)在系统模型存在不确定和参数未知的前提下，使用基于迭代学习的控制算法保证系统状态跟踪收敛；2)融入滑模控制算法增强单旋翼无人直升机对系统外部扰动的鲁棒性，同时补偿1)中的模型逼近误差；3)将提出的控制算法在仿真实验平台上进行飞行验证。本发明主要应用于微小型无人直升机非线性控制场合。

技术领域

本发明涉及微小型无人直升机非线性控制。针对微小型无人直升机系统精确模型较难获得以及存在外界扰动的情况，提出一种基于迭代学习和滑模算法相结合的控制算法。该方法采用基于数据驱动的迭代学习控制方法实时估计微小型无人直升机的未建模的姿态模型，并采用滑模算法控制方法补偿估计误差和外部扰动，实现了微小型无人直升机姿态的跟踪控制，并对外部扰动具有一定的鲁棒性。具体涉及基于迭代学习的微小型无人直升机的姿态控制方法。

背景技术

近年来，随着微电系统和自动控制的快速发展，无人直升机相较于传统的四旋翼无人机，具有良好的机动性和稳定性，受到了越来越多的关注。目前已经在诸如高空摄影，桥梁勘测，农业灌溉等多个领域得到了广泛的应用。而相比于其他的多旋翼无人机，单旋翼无人直升机保留了垂直起降的功能，其机械结构更加紧凑，这大大提高了系统的续航能力，更加适合在工业应用(期刊：Journal of Intelligent Robotic Systems；著者：J.Alvarenga,N.I.Vitzilaios,K.P.Valavanis,and M.J.Rutherford；出版年月：2015年1月；文章题目：Survey of unmanned helicopter model-based navigation and controltechniques；页码：87–138)。

单旋翼无人直升机包含三个呈品型分布的舵机，以及一个用以控制升力的主旋翼。相比于其他对称结构的四旋翼或六旋翼无人机，该种机型动力学模型更为复杂。目前针对单旋翼无人直升机飞行控制，学者们提出了多种非线性控制方法，取得了一定了成果。如一些学者采用鲁棒补偿器去补偿系统的模型中的不确定项和外界扰动，最终通过飞行实验验证了算法的有效性(期刊：International Journal of Systems Science；著者：Y.Pu,Z.Shi,and Y.Zhong；出版年月：2018年6月；文章题目：Vertical maneuvering and rotorspeed robust control for mini-helicopter；页码：1316–1331)。也有一些学者采用反馈线性化和H_∞的控制方法处理系统的非线性和耦合性，同样采用数值仿真的方式验证了算法的有效性(期刊：Journal of Intelligent Robotic Systems；著者：J.Gadewadikar,F.L.Lewis,K.Subbarao,K.Peng,and B.M.Chen；出版年月：2009年4月；文章题目：H-infinity static output-feedback control for rotorcraft；页码：629–646)。