[发明专利]一种四旋翼飞行器姿态控制方法及控制器

摘要

本发明公开了一种四旋翼飞行器姿态控制方法及控制器，针对四旋翼飞行器系统难以建立精确物理模型的缺点，采用系统辨识方法建立局部线性、全局非线性的RBF‑ARX模型来描述系统的非线性动态特性。针对该模型的特点以及为了满足系统快速响应特性和较高控制性能的要求，首先将模型转化为带有积分环节的非最小状态空间模型，然后，设计预测控制器并使用拉盖尔函数将输入参数化，使得预测控制系统在线优化的变量减少，并能精确跟踪给定参考信号。针对增大预测时域所带来的数值稳定性问题，通过在目标函数中引入指数型衰减权值，使得闭环系统具有指定稳定度。本方案具有在线优化时间短、较大预测时域情况下数值稳定的特点，又较高的实用价值以及应用前景。

主权项

1.一种四旋翼飞行器姿态控制方法，其特征在于，利用下述预测控制器控制四旋翼飞行器的姿态，即通过求得使目标函数J最小时对应的输入信号增量展开式中拉盖尔函数前的系数计算t时刻包含有前螺旋桨、左螺旋桨、右螺旋桨和后螺旋桨输入电压的输入向量U(t)＝[u₁(t) u₂(t) u₃(t) u₄(t)]^T：其中，S＝[L(0)^T,L(1)^T,…,L(N_c‑1)^T]^T；为离散形式的拉盖尔基函数，为展开式中基函数的项数，为输入信号增量展开式中拉盖尔函数前的系数，U(t‑1)＝[u₁(t‑1) u₂(t‑1) u₃(t‑1) u₄(t‑1)]^T表示t‑1时刻包含有前螺旋桨、左螺旋桨、右螺旋桨和后螺旋桨输入电压的输入向量；ΔU_min和ΔU_max分别为四个螺旋桨的输入电压增量的下限幅序列和上限幅序列；Q＝C^TC，δ≥1为衰减因子；C＝[0_3×n I_3×3]，χ＝[1 0 … 0]^T，n＝max(p,q)，p、q表示RBF‑ARX模型的阶次；j₄＝0,1,…,N_c‑1，N_c为控制时域；i＝1,2,3；j₂＝1,2,3,4。