[发明专利]一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法

说明书

本发明公开了一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法。针对俯仰通道、横滚通道、偏航通道，建立角度控制器，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，外环控制器接收期望角度后获得期望角速度，再经内环控制器处理后输出虚拟控制量；建立混控器，将角度控制器输入过来的三通道的虚拟控制量和油门通道的虚拟控制量共同处理获得双旋翼无人机执行器的输出，控制飞行姿态。本发明通过串级控制和内环的ADRC控制来显著提升了双旋翼无人机姿态控制系统的抗干扰和动态响应能力，有效地抑制了多源干扰对双旋翼无人机飞行器高度控制性能的影响。

技术领域

本发明涉及无人机领域的一种姿态控制方法，尤其涉及一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法。

背景技术

横列式双旋翼无人机，主要用于战术运输、客运、医疗、搜救、农用植保等任务，主要优势在于其双旋翼无人机横向安置，机身的纵向体积减少，相对于四旋翼少了两个旋翼和电机少了两个旋翼的动力消耗，整体的消耗降低，续航能力更强，带来的直接好处是相同体积下其运载能力相较于传统的四旋翼有明显的提升，载重能力也更大。

目前，双旋翼无人机的飞控算法非常复杂，不仅要考虑旋翼的控制，还要考虑舵机倾转等方面的特性，对飞控算法及其控制系统的要求远高于四旋翼。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种横列式双旋翼无人机姿态控制方法。本发明通过串级控制和内环的ADRC控制来显著提升了双旋翼无人机姿态控制系统的抗干扰和动态响应能力，有效地抑制了多源干扰对双旋翼无人机飞行器高度控制性能的影响。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

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当前通道的虚拟控制量，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。

本发明中，如图3所示，虚拟控制量U₁，U₂，U₃，U₄与执行器输出的关系为：

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。

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。