[发明专利]一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法

摘要

本发明公开了一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法，姿态控制过程分为以下几步：（1）建立无人机姿态控制系统模型；（2）在无人机上安装一台传感器，用于时时传输无人机在运动过程中的位置；（3）设计有限时间观测器并将传感器时时采集到的位置数据传输到有限时间控制算法模块中，使得无人机姿态实现在有限时间内镇定到由系统的平衡点组成的集合。本发明的一种基于有限时间的无人机姿态控制方法，控制速度快、不会产生抖颤现象、节省能量，对硬件设备要求较低，运动鲁棒性高，实用性强，易于商业化。

主权项

1.一种具有抗干扰能力的无人机姿态控制方法，其特征在于包括下列步骤：(1)、建立无人机姿态控制系统模型，模型中包括姿态动力学和姿态运动学；无人机姿态动力学方程由微分方程公式(1)描述：公式(1)中，J＝diag(J₁,J₂,J₃)为惯量矩阵，ω＝[ω₁,ω₂,ω₃]^T为角速度向量，u＝[u₁,u₂,u₃]^T为控制输入信号，d(t)＝[d₁(t),d₂(t),d₃(t)]^T为外部扰动，且存在常数l满足|d_i(t)|≤l,l＞0,i＝1,2,3，s(ω)为斜对称矩阵，即无人机姿态运动学方程为：公式(2)中为无人机的四元数，公式(3)中，I₃为3×3的单位矩阵，q₀＝cos(Φ/2),q_i＝e_i sin(Φ/2),i＝1,2,3.，其中Φ为欧拉转角，e为转轴的单位矢量，e_i,i＝1,2,3.为e在参考坐标系中的三个方向余弦，且有成立，则成立；(2)、在无人机上安装上用于传输位置信息的传感器，为有限时间控制器提供反馈信息，用于时时传输无人机在运动过程中的位置；结合公式(1)、(2)，无人机姿态控制系统的数学模型改写为：公式(4)中干扰D(t)＝[D₁(t),D₂(t),D₃(t)]^T＝J^‑1[d₁(t),d₂(t),d₃(t)]^T；(3)、设计有限时间观测器并将传感器时时采集到的位置数据传输到有限时间控制算法模块中，使得无人机姿态实现在有限时间内镇定到由系统的平衡点组成的集合；针对步骤(1)中的公式(1)、(2)，设计有限时间控制器：公式(5)中，其中k₁、k₂、k₃为常数，且k₃＞0，1＜p＝p₁/p₂＜2，p₁和p₂为互质的正奇数，则公式(1)、(2)和(5)系统关于平衡点集合M₁＝{(‑1,0,0,0,0,0,0),(1,0,0,0,0,0,0)}为有限时间稳定，即无人机姿态在有限时间内镇定。