【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于飞行机动控制，尤其涉及一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法及装置。
技术介绍
1、随着无人机技术的不断发展，多旋翼无人机已经成为了无人机领域中的重要一员，且在载人、载货和智慧配送等场景中应用越来越广泛。无人机飞行环境复杂，其姿态、位置受内外界扰动影响大。因此，需要无人机飞行控制技术具备高可靠、高稳定以及强抗扰动能力，强抗扰控制技术是无人机的核心关键技术之一。现有技术中，pid控制在实际中大量应用，但是其不易满足高性能要求。积分的主要作用之一就是消除扰动，但是积分的作用比较慢，而且还会引起超调。pid误差的取法是直接计算指令与反馈之间的误差，这样会导致控制器“快速性”和“超调量”之间的矛盾，而利用传统线性微分器的误差微分取法在跟踪速率上的效果较差，不是“最快跟踪”。因而如何能够估计系统的内外扰动并进行有效补偿，以提升无人机的抗干扰能力、稳定性和控制跟踪精度，在无人机应用领域具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术供了一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法及装置，可以增强无人机控制系统的稳定性，降低无人机的飞行潜在风险。
2、本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，所述方法包括步骤：
4、s1、根据牛顿-欧拉动力学方程和刚体运动定理，建立多旋翼无人机动态模型，所述动态模型包括描述基于牛顿第二定律的飞机的加速度、角加速度与飞机受到的合力、合力矩关系的动力学模型，所述动态模型还包括描述
5、s2、设计多旋翼无人机增稳控制器：通过对无人机所述动态模型的建立与分析，设计多旋翼无人机增稳控制器，所述设计多旋翼无人机增稳控制器包括：位置增稳控制器设计、中间指令信号求解设计和姿态增稳控制器设计；
6、所述基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法是把系统的未建模动态扰动和位置外扰动作用都归结为对系统的“总扰动”而进行估计并给予补偿。
7、进一步地，s1所述动态模型为：
8、其中，ix,iy,iz为机体坐标系下的转动惯量，ir为电机转动惯量，w和τ为总的扰动，为气动阻力，u1为机体升力合力，定义如下：
9、
10、其中，kdrag为阻力系数。
11、进一步地，s2所述位置增稳控制器设计包括：水平位置控制设计、高度位置控制设计。
12、进一步地，所述水平位置控制设计包括：
13、针对水平位置控制定义：
14、
15、
16、则多旋翼无人机位置动力学模型可表示为：
17、
18、设指令位置为lhc＝[xc yc]t，则使用如下的非线性跟踪微分器来跟踪lhc，
19、
20、其中，l表示无人机的位置，ts为采样周期；
21、状态观测器设计如下：
22、
23、控制器设计如下：
24、
25、所述高度位置控制设计包括：
26、针对高度位置控制，定义h表示高度，对多旋翼无人机位置动力学方程进一步处理可得：
27、
28、其中，
29、使用如下的非线性跟踪微分器来跟踪hc
30、
31、其中，ts为采样周期；
32、状态观测器设计如下：
33、
34、控制器设计如下：
35、
36、进一步地，s2所述中间指令信号求解设计包括：
37、由机体坐标系到大地坐标系的转换关系可以求解俯仰θc和滚转φc指令信号：
38、
39、可得：
40、
41、又u1ed＝-u1cosθccosφc，则有：
42、
43、可得：
44、
45、
46、进一步地，s2所述姿态增稳控制器设计：滚转角控制设计、俯仰角控制设计和偏航角控制设计。
47、进一步地，所述滚转角控制设计包括：
48、使用如下的非线性跟踪微分器来跟踪滚转角指令φc，
49、
50、其状态观测器设计如下：
51、
52、控制器设计如下：
53、
54、进一步地，所述俯仰角控制设计包括：
55、使用如下的非线性跟踪微分器来跟踪ψc，
56、
57、状态观测器设计如下：
58、
59、控制器设计如下：
60、
61、进一步地，所述偏航角控制设计包括：
62、使用如下的非线性跟踪微分器来跟踪θc，
63、
64、状态观测器设计如下：
65、
66、控制器设计如下：
67、
68、一种无人机增稳装置，所述装置采用上述的增稳控制方法，所述装置包括：
69、动态模型建立模块，所述动态模型建立模块用于建立多旋翼无人机动态模型，所述动态模型包括描述基于牛顿第二定律的飞机的加速度、角加速度与飞机受到的合力、合力矩关系的动力学模型，所述动态模型还包括描述飞机姿态、角速度等的运动学模型；
70、增稳控制器设计模块，所述增稳控制器设计模块通过对无人机所述动态模型的建立与分析，设计多旋翼无人机增稳控制器，所述设计多旋翼无人机增稳控制器包括：位置增稳控制器设计、中间指令信号求解设计和姿态增稳控制器设计。
71、本专利技术具有以下有益效果：
72、本专利技术所设计的扩张状态观测器，除了对系统自身状态进行观测，同时对系统模型不确定性和系统外部扰动作为总扰动扩张出另一个状态，再通过控制器进行补偿。此外，由于可以直接通过传感器数据获取到角度/角速度，减少了2个状态观测量，从而降低了系统参数的复杂性和算法实现计算难度，提升了控制器的调参简易性、飞行的稳定性和安全性。
73、当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
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1.一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，S1所述动态模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，S2所述位置增稳控制器设计包括：水平位置控制设计、高度位置控制设计。
4.根据权利要求3所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述水平位置控制设计包括：
5.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，S2所述中间指令信号求解设计包括：
6.根据权利要求5所述一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，S2所述姿态增稳控制器设计：滚转角控制设计、俯仰角控制设计和偏航角控制设计。
7.根据权利要求6所述一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述滚转角控制设计包括：
8.根据权利要求7所述一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述俯仰角控制设计
9.根据权利要求8所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述偏航角控制设计包括：
10.一种无人机增稳装置，其特征在于，所述装置采用如权利要求1-9所述的增稳控制方法，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，s1所述动态模型为：
3.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，s2所述位置增稳控制器设计包括：水平位置控制设计、高度位置控制设计。
4.根据权利要求3所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，所述水平位置控制设计包括：
5.根据权利要求2所述的一种基于自抗扰控制技术的无人机增稳控制方法，其特征在于，s2所述中间指令信号求解设计包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：王富贵，李世超，汪善武，毕培信，常天星，
申请(专利权)人：航天时代飞鹏有限公司，
类型：发明
国别省市：
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