[发明专利]一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法

摘要

一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法，涉及小型无人机科研任务的航迹规划、航迹控制矢量域构建、滑模变结构控制器设计。首先通过科研任务规划，将小型无人机运动简化为平面控制和横侧向控制，基于过段落连接点原则进行平面航迹规划，将期望的复杂航迹分解为由一系列由不同圆心和半径的圆弧段和直线段构成的期望航迹；其次针对分解后的直线段和圆弧段期望航迹，基于小型无人机当前位置与期望航迹间的位置误差分别构建期望航迹段的航迹控制矢量域；并利用滑模变结构自适应控制方法，实现风扰环境下的小型无人机高精度航迹控制。本发明具有实时性好、动态参数相应快、对风场干扰适应性强等优点，可用于小型无人机复杂环境下的高精度控制等。

主权项

一种基于矢量域的小型无人机风场抗扰自适应控制方法，其特征在于实现步骤如下：(1)小型无人机接收到上传的期望航迹后，将三维空间运动分解基于地速和航迹角的二维平面运动和基于高度的横侧向运动；在满足小型无人机最小转弯半径、最大飞行速度和最大滚转角限制条件后，基于过段落连接点原则，将任意两个航点间的任意飞行轨迹转换为由一系列由不同圆心和半径的圆弧段和直线段构成的圆弧段期望航迹和直线段期望航迹；(2)针对期望航迹段，针对直线段期望航迹，基于小型无人机与期望直线轨迹间的水平误差d，构建期望直线段的航迹控制矢量域，为小型无人机水平面上的航迹控制提供控制指令；针对每一个独立的圆弧段期望航迹，基于小型无人机当前位置与目标圆弧段的圆心的距离d1，和小型无人机当前位置到圆心的直线与正北方向的夹角γ构建期望圆弧段的航迹控制矢量域，为小型无人机水平面上的航迹控制提供控制指令；在期望航迹交界处，以小型无人机位置和当前直线段或圆弧段的终点间的距离作为过段落连接点评估标准，仅当系统过段落连接点，小型无人机才转入下一个连接段；(3)基于步骤(2)期望直线段的航迹控制矢量域和期望圆弧段的航迹控制矢量域，针对直线段期望航迹和圆弧段期望航迹，分别构建直线段滑模面和圆弧段滑模面，利用饱和函数构建直线段滑模变结构控制器和圆弧段滑模变结构控制器来提高小型无人机对环境系统的适应性。