[发明专利]一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法

说明书

本发明公开了一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法，包括如下步骤：步骤1：根据牛顿‑欧拉方程建立无人直升机控制系统数学模型，将建模不确定性及外部干扰看成总扰动；步骤2：根据实际需求确定期望轨迹及定义误差变量，引入控制器饱和函数；步骤3：设计抗饱和辅助系统补偿执行器输入饱和；步骤4：采用径向基RBF神经网络逼近建模不确定性及外部干扰；步骤5：结合滑模控制，设计抗饱和控制器，采用双闭环控制策略，使得无人直升机系统在输入饱和情况下，轨迹跟踪误差信号最终渐进收敛到原点。本发明可以在克服建模不确定性的同时，处理执行器输入饱和问题，增强控制系统的抗干扰能力及鲁棒性，改善无人直升机控制系统的稳定性及动态品质。

技术领域

本发明涉及飞行控制技术领域，尤其是一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法。

背景技术

无人机是无人驾驶飞行器的简称(Unmanned Aerial Vehicle)，可以地面遥控或自主飞行，自行推进，利用空气动力承载飞行，并可以重复使用的飞行器。与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对作战环境要求低、战场生存能力强等优点，适应现代战争对减少乃至避免人员伤亡的要求。因此，各国在无人机各领域的研究投入大量人力物力。

无人直升机具有垂直起降、空中悬停与机动灵活等优点，当前主要用来执行高风险、任务环境复杂以及空中定点悬停等各种复杂任务。正是因为无人直升机独特的飞行特性，使其无论是在战场情报搜集、监视等军事领域，还是在航拍、灾情搜救等民用领域，都是固定翼无人机不能取代的。另外无人直升机还可作为技术研发实验室的空中飞行平台开展先进技术研究与验证。

小型无人直升机本身是一个非常复杂的非线性控制对象，无人直升机由于自身的阶数高、通道耦合强、开环不稳定、欠驱动等特点，飞行过程中也容易受到风力因素的影响。首先，无人直升机在运动过程中需要克服由于自身建模不确定性以及在控制过程中空气产生的扰动等因素造成的影响；同时，实际控制过程中由于执行高机动任务也会导致输入饱和问题，上述问题影响了无人直升机的控制精度以及响应速度。如何有效提高无人直升机轨迹跟踪控制精度和速度，如何保证无人直升机在执行器饱和情况下实现稳定高精度快速控制，都是无人直升机控制研究中需要解决的关键性问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法，可以在克服建模不确定性的同时，处理执行器输入饱和问题，增强控制系统的抗干扰能力及鲁棒性，改善无人直升机控制系统的稳定性及动态品质。

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑输入饱和的无人直升机跟踪控制方法，包括如下步骤：

步骤1：根据牛顿-欧拉方程建立无人直升机控制系统数学模型，并将建模不确定性及外部干扰看成总扰动；

步骤2：根据实际需求确定期望轨迹及定义误差变量，引入控制器饱和函数；

步骤3：设计抗饱和辅助系统补偿执行器输入饱和；

步骤4：采用径向基RBF神经网络逼近建模不确定性及外部干扰；

步骤5：结合滑模控制，设计抗饱和控制器，采用双闭环控制策略，使得无人直升机系统在输入饱和情况下，轨迹跟踪误差信号最终渐进收敛到原点。

优选的，步骤1中，根据牛顿-欧拉方程建立无人直升机控制系统数学模型，并将建模不确定性及外部干扰看成总扰动具体为：无人直升机控制系统数学模型如下：