[发明专利]一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法

说明书

本发明提供了一个通过八旋翼飞行器的俯仰、偏航角速率陀螺测量俯仰角速率、偏航角速率并组建预设性能的滑模控制俯仰偏航两通道姿态跟踪给定指令的方法。其根据俯仰角与偏航角与相应指令形成的误差信号；设计收敛时间参数，在进行预设性能信号的设定；通过对比误差信号得到动态比率信号；再进行对数变换得到误差转换信号；进行近似微分解算后得到误差转换微分信号，再组合误差信号形成非线性滑模，并构成预设控制信号形成姿态稳定跟踪控制规律，实现了八旋翼飞行器的姿态控制与稳定飞行，该方法的优点在于动态性能可靠可控，可以按照期望指标进行设计。

技术领域

本发明涉及工业电动舵机快速控制领域，具体而言，涉及一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法。

背景技术

近年来，随着航天技术与自动控制技术的不断发展，多旋翼飞行器正以独特的性能优势被广泛的应用于各个领域。因此对多旋翼飞行器自身的控制能力也提出了更高的要求。常规的八旋翼飞行器多采用PID控制技术，其优点是参数调试简单方便，系统稳定可靠。但不足之处是系统的性能，尤其是收敛特性无法定量进行约束，仅能定性地保证稳定，但收敛速度无法进行定量的刻画。基于上述背景原因，本发明提出了一类基于预设性能的八旋翼飞行器俯仰偏航通道姿态控制方法，使得其两通道不仅能够保证姿态稳定跟踪，而基于误差调节的收敛时间参数设计方法，能够使得系统动态性能与收敛速度能够可靠可控地在设计限定范围内。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法，进而克服了由于相关技术缺陷导致的八旋翼飞行器的姿态控制系统动态性能不能定量刻画约束的问题。

根据本发明的一个方面，提供一种基于预设性能的八旋翼飞行器滑模控制方法动，包括以下五个步骤：

步骤S10，安装俯仰速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的俯仰角速率，记作ω_z，再进行积分得到俯仰角信号，记作θ；安装偏航速率陀螺仪，测量八旋翼飞行器的偏航角速率，记作ω_y，再进行积分得到偏航角信号，记作ψ；根据八旋翼飞行器的俯仰方向飞行任务，设定俯仰角的期望信号，记作θ^d；根据八旋翼飞行器的偏航方向飞行任务，设定偏航角的期望信号，记作ψ^d。

步骤S20，根据所述的俯仰角的期望信号与俯仰角信号进行对比，得到俯仰误差信号；根据俯仰误差信号，设计俯仰收敛时间参数，再设定俯仰动态预设信号信号；与俯仰误差信号进行对比得到俯仰动态比率信号；然后进行对数变换后得到俯仰转换误差信号。

步骤S30，根据所述的俯仰动态预设信号进行近似微分变换，得到俯仰预设微分信号；再引入俯仰角速率信号，构建俯仰转换误差微分信号；再根据俯仰转换误差信号与俯仰转换误差微分信号，构造俯仰非线性滑模信号，最后叠加俯仰角速度得到俯仰预设控制信号，最后输送八旋翼舵机进行控制分配，即可实现俯仰通道的姿态跟踪。

步骤S40，根据所述的偏航角的期望信号与偏航角信号进行对比，得到偏航误差信号；根据偏航误差信号，设计偏航收敛时间参数，再设定偏航动态预设信号信号；与偏航误差信号进行对比得到偏航动态比率信号；然后进行对数变换后得到偏航转换误差信号。

步骤S50，根据所述的偏航动态预设信号进行近似微分变换，得到偏航预设微分信号；再引入偏航角速率信号，构建偏航转换误差微分信号；再根据偏航转换误差信号与偏航转换误差微分信号，构造偏航非线性滑模信号，最后叠加偏航角速度得到偏航预设控制信号，最后输送八旋翼舵机进行控制分配，即可实现偏航通道的姿态跟踪。

在本发明的一种示例实施例中，根据所述的俯仰角的期望信号与俯仰角信号进行对比，得到俯仰误差信号；根据俯仰误差信号，设计俯仰收敛时间参数，再设定俯仰动态预设信号信号；与俯仰误差信号进行对比得到俯仰动态比率信号；然后进行对数变换后得到俯仰转换误差信号包括：