[发明专利]一种基于MIMO非线性不确定反步法的四旋翼位姿控制方法

摘要

本发明提供一种基于MIMO非线性不确定反步法的四旋翼位姿控制方法，有助于提高四旋翼飞行器的飞行安全性和控制性能。所述方法包括基于空气动力学和旋翼飞行器运动原理，并根据控制性能要求建立四旋翼飞行器数学模型；根据所述四旋翼飞行器数学模型和精度要求，建立四旋翼飞行器模型；根据所述四旋翼飞行器数学模型和四旋翼飞行器模型的不确定性、外界干扰、欠驱动、强耦合特性，对所述四旋翼飞行器模型进行分析解耦，确定基于内外环控制的反步鲁棒补偿控制器。本发明适用于自动化控制技术领域。

主权项

一种基于MIMO非线性不确定反步法的四旋翼位姿控制方法，其特征在于，包括:基于空气动力学和旋翼飞行器运动原理，并根据控制性能要求建立四旋翼飞行器数学模型；根据所述四旋翼飞行器数学模型和精度要求，建立四旋翼飞行器模型；根据所述四旋翼飞行器数学模型和四旋翼飞行器模型的不确定性、外界干扰、欠驱动、强耦合特性，对所述四旋翼飞行器模型进行分析解耦，确定基于内外环控制的反步鲁棒补偿控制器；其中，所述四旋翼飞行器数学模型包括：表示四旋翼飞行器在地面坐标系中位置的位置方程组和表示四旋翼飞行器在地面坐标系中姿态的姿态方程组；所述位置方程组表示如下：x··y··z··=cosφ*sinθ*cosψ+sinφ*sinψcosφ*sinθ*sinψ-sinφ*cosψcosφ*cosθ*u1m-00g+Δ1(m,cx,x·)Δ2(m,cy,y·)Δ3(m,cz,z·)]]>其中，不确定项φ,θ,Ψ表示欧拉角，u1表示旋翼升力，m表示四旋翼质量，g表示重力加速度，cx,cy,cz表示空气阻力系数，x,y,z表示四旋翼飞行器的空间位置，分别表示x,y,z的导数；分别表示的导数；所述姿态方程组表示如下：φ··θ··ψ··=u2/Jxu3/Jyu4/Jz+θ·*ψ·*(Jy-Jz)/Jxψ·*φ·*(Jz-Jx)/Jyφ·*θ·*(Jx-Jy)/Jz+Δ4(cp,φ·,θ·,Jr,Jx,W)Δ5(cq,φ·,θ·,Jr,Jy,W)Δ6(cr,ψ·,Jz)]]>其中，不确定项u2,u3,u4表示三轴转矩，Jx，Jy，Jz表示转动惯量矩阵J的对角线元素Jx，Jy，Jz，分别表示φ,θ,Ψ的导数，分别表示的导数，W表示电机转速，Jr表示电机转动惯量，cp,cq,cr表示转矩阻力系数。