[发明专利]基于比例积分观测器的四旋翼无人机滑模姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种基于比例积分观测器的四旋翼无人机滑模姿态控制方法，方法包括步骤：建立仅存在干扰情况的四旋翼无人机的动力学模型，并将四旋翼无人机滚转角、俯仰角和偏航角的表达式均转化成二阶系统模型；基于二阶系统模型构建对应的比例积分观测器；根据比例积分观测器设计滑模姿态控制器，结合滚转角、俯仰角和偏航角的滑模姿态控制器对四旋翼无人机进行飞行控制；本发明将比例积分观测器与滑模姿态控制器相结合，通过比例积分观测器的部分反馈功能对四旋翼无人机的状和位置输入干扰态进行估计，提高比例积分状态观测器的稳态跟踪精度；通过滑模姿态控制器对四旋翼无人机的不确定因素具有较强的鲁棒性和抗干扰性；本发明设计和计算均简单。

主权项

1.基于比例积分观测器的四旋翼无人机滑模姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括：S1、建立仅存在干扰情况的四旋翼无人机的动力学模型：其中，φ为滚转角，θ为俯仰角，ψ为偏航角，l为各旋翼到无人机质心的距离；d_i(i＝1,2,3)为未知外部扰动,且d_i≤||d||；K_i(i＝1,2,3)为阻力系数；I_x，I_y，I_z分别为飞行器机体的三轴转动惯量；u₁，u₂，u₃分别为滚转角、俯仰角和偏航角的控制输入量，并分别将所述滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ对应的动力学模型转化成二阶系统模型；S2、分别基于所述滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ转换形成的所述二阶系统模型构建对应的所述滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ的比例积分观测器；S3、根据所述比例积分观测器设计对应所述滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ的滑模姿态控制器，结合所述滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ述对应设计的滑模姿态控制器四旋翼无人机，并计算对应的控制率。