[发明专利]三旋翼无人机的非线性鲁棒控制方法

摘要

本发明涉及无人机控制，针对倾转式三旋翼无人机飞行过程中存在的风力扰动与转动惯量扰动，本发明旨在提出一种用于三旋翼无人机姿态控制的新型非线性鲁棒控制器，实现对三旋翼无人机姿态的精确控制。为此，本发明采用的技术方案是，倾转式三旋翼无人机的非线性鲁棒控制方法，步骤如下：1)建立倾转式三旋翼无人机的相关坐标系：2)建立倾转式三旋翼无人机姿态的动力学模型：3)设计非线性鲁棒控制器。本发明主要应用于无人机控制场合。

主权项

1.一种倾转式三旋翼无人机的非线性鲁棒控制方法，其特征是，步骤如下：1)建立倾转式三旋翼无人机的相关坐标系：为了便于对倾转式三旋翼无人机的运动进行描述，定义两个坐标系：惯性坐标系{I}＝{xI,yI,zI}为固定在大地的参考坐标系，满足右手定则；体坐标系{B}＝{xB,yB,zB}表示原点固定在三旋翼无人机质心上的直角坐标系，同样满足右手定则；2)建立倾转式三旋翼无人机姿态的动力学模型：对倾转式三旋翼无人机进行力学分析,利用牛顿‑欧拉方程来描述其模型,得到姿态系统的动力学模型为：其中,的定义分别为:其中，是惯性坐标系下的姿态角向量，φ(t),θ(t),ψ(t)分别表示倾转式三旋翼无人机的滚转角、俯仰角与偏航角，是三个姿态通道的控制力矩,其中分别是滚转通道、俯仰通道和偏航通道对应的力矩，是转动惯量，且为未知的时变函数，为未知的时变扰动力矩，R(t)是惯性坐标系下角速度到体坐标系下角速度的旋转矩阵；3)设计非线性鲁棒控制器为实现倾转式三旋翼无人机姿态通道的控制,定义姿态控制跟踪误差向量为:e＝η‑ηd,其中分别是滚转角、俯仰角和偏航角的跟踪误差，对e(t)求导可得:构建滑模面为:其中分别是滚转角、俯仰角和偏航角通道的滑模面；为一正对角常系数矩阵.对s(t)求导，得到:定义辅助控制输入信号u(t)∈R3×1为u＝R‑1τ,则上式写为:因此设计控制器输入u(t)为:其中:sign(*)为符号函数,为可调节的控制器增益，其定义为：与定义为：