[发明专利]一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法

权利要求书

1.一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于：方法包括：

1)针对俯仰通道、横滚通道、偏航通道的每个通道，建立相同的角度控制器，角度控制器采用串级控制，包括外环控制器和内环控制器，内环控制器采用基于模型的自抗扰角速度控制，外环控制器接收输入的期望角度后处理获得期望角速度进而输入到内环控制器，经内环控制器处理后输出虚拟控制量，再发送到混控器；

2)建立混控器，将角度控制器输入过来的俯仰通道、横滚通道、偏航通道的虚拟控制量和油门通道的虚拟控制量共同处理为双旋翼无人机执行器的输出，用于控制双旋翼无人机飞行时的姿态，实现横滚、俯仰、偏航三通道的解耦，混控器表示为：

式中，δ_L，δ_R表示双旋翼无人机的两个旋翼上舵机倾转的角度，f_L，f_R表示双旋翼无人机的两个旋翼产生的推力；U₁,U₂,U₃,U₄表示油门输入控制量、横滚输入控制量、俯仰输入控制量和偏航输入控制量。

2.根据权利要求1所述的一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于：所述的外环控制器具体公式为：

w_d＝K_p(θ_d-θ)

其中，θ_d和θ分别代表当前通道的期望角度和实际角度，K_p表示比例控制的增益；w_d代表外环控制器输出的当前通道的期望角速度。

3.根据权利要求1所述的一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法，其特征在于：所述的内环控制器包括扩张状态观测器、线性微分跟踪器和线性控制律；

将由外环控制器输出过来的期望角速度输入到线性微分跟踪器中，输出内部期望角速度v₁和内部期望角加速度v₂，线性微分跟踪器表示为：

式中，v₁表示内部期望角速度，v₂表示内部期望角加速度，w_d表示输入的期望角速度，r表示信号低通滤波的强度；t表示控制器控制周期时间；

同时将实际角速度y输入扩张状态观测器，输出当前通道的估计角加速度z₁和当前通道的角速度扰动量z₂，公式为：

式中，z₁、z₂表示当前通道的估计角速度和角速度扰动量，y表示当前通道的实际角速度，e_o表示测量角速度和估计角速度的偏差，β₁、β₂为扩张状态观测器的第一、第二参数，u为内环控制器的输出量；t表示控制器控制周期时间；

将内部期望角速度v₁、内部期望角加速度v₂分别与扩张状态观测器输出的当前通道的估计角加速度z₁和当前通道的估计角加速度进行相减后输入线性控制律u₀，线性控制律表示为：

式中，e表示期望角速度和估计角速度之间的偏差；表示期望角加速度和估计角加速度之间的偏差，k表示比例参数，d表示微分参数，u₀表示线性控制律的输出结果；

然后将输出结果u₀与扩张状态观测器输出的当前通道的角速度扰动量z₂进行以下处理获得内环控制器的输出量u，并反馈到扩张状态观测器中，表示为：

u＝u₀-z₂/b

其中，b表示扩张状态观测器的观测参数。