【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无人机控制领域，具体涉及一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法。
技术介绍
1、四旋翼无人机在实际的飞行控制问题中一般都存在扰动问题，针对四旋翼无人机而言，产生扰动的因素有很多，包括瞬时的碰撞、持续的风力扰动、变化的风力扰动等等。抗扰能力强的飞行控制器可确保四旋翼无人机在诸多领域执行任务时的可靠性，同时有助于四旋翼无人机微型化以及拓展新的应用领域，具有极其重要的实用意义及研究价值。特别是对于机动性要求较高的无人机运动场景，考虑无人机对于干扰的鲁棒性显得更为重要，如在复杂的空地协同场景中，要求基于过载闭环的无人机在干扰条件下具备快、准、稳的回收控制能力。
2、现有技术中，indi将外部干扰力和力矩视为相对于控制输入的慢变量，即外部干扰力和力矩总是视为关于时间的常值，仿真和实验都证明了这种控制策略对于一般的慢变化干扰是有效的，但这种假设在部分情况下可能并不成立，如外部干扰力和力矩为时变的情况。
3、针对时变的扰动，专利技术人在基于传统indi控制思想的基础上，增加扰动的动态补偿的控制思路，提出了本申请中所述的一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法。
技术实现思路
1、为了克服上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，设计出一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法，该方法中，在现有indi控制算法的基础上，增加动态扰动补偿环节，将扰动补偿到控制输入中，在一定程度上实现时变扰动条件下的四旋翼无人机的较为平稳和准确的姿态跟踪，对于多种无人机控制场景具有潜在应用
2、具体来说，本专利技术的目的在于提供一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法，该方法中，通过过载闭环控制律实时获得无人机的控制指令，并且基于该控制指令控制无人机飞向目标。
3、其中，所述控制指令通过下式(一)获得：
4、
5、其中，u表示控制指令；
6、表示期望角加速度；
7、ω表示实际角加速度；
8、s表示拉式变换算子；
9、j表示转动惯量对角阵；
10、表示输入到无人机输出转矩的逆过程函数，该函数的输出值为理论控制指令组成的向量；
11、f表示滤波值；
12、gm表示一阶系统传递函数。
13、其中，所述期望角加速度通过下式获得：
14、
15、其中，k2表示比例系数；
16、ωc表示期望角速度，
17、ωf表示滤波器输出的角速度。
18、其中，所述fτu的输出值，即理论控制指令组成的向量为[u1′u2′u3′u4′]t；
19、ui′表示第i个电机的理论控制指令，i取值为(1,2,3,4)；
20、ui′通过下式(二)获得：
21、ωi＝903.2357*ui′+157.9768(二)
22、其中，ωi表示第i个电机的转速；
23、电机的转速ωi通过下式(三)、(四)、(五)获得：
24、
25、qi＝-q1vh2+q2vz2+q3vzωi+q4ωi2(四)
26、
27、其中，ti表示第i个桨叶产生的升力，
28、qi表示第i个桨叶产生的反扭矩，即偏航力矩，vh表示无人机的水平速度，vx表示机体坐标系x轴方向的速度，vy表示机体坐标系y轴方向的速度，vz表示机体坐标系z轴方向的速度；
29、t表示无人机的升力；
30、τx表示无人机的滚转力矩，
31、τy表示无人机的俯仰力矩；
32、l表示桨叶质心到机身x轴的距离；
33、t1、t2、t3、t4、t5各自独立地表示时间常数；
34、q1、q2、q3、q4各自独立地表示系统参数。
35、其中，所述f通过下式(六)获得。
36、
37、其中，ξ表示阻尼比；
38、ωn表示无阻尼自然振荡频率；
39、s表示拉式变换算子。
40、其中，所述gm通过下式(七)获得。
41、
42、σ表示时间常数的倒数。
43、其中，转动惯量对角阵j通过下式(八)获得：
44、
45、其中，jxx表示无人机x轴的转动惯量；
46、jyy表示表示无人机y轴的转动惯量；
47、jzz表示表示无人机z轴的转动惯量。
48、本专利技术所具有的有益效果包括：
49、(1)根据本专利技术提供的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，用于实现无人机姿态环的准确控制，对外部存在时变干扰及常值干扰时具有更强的鲁棒性，且收敛更为平滑，速度更快，更适合于机动性要求较高的四旋翼无人机飞行场景，如空地协同中基于过载闭环的四旋翼无人机的机动回收控制。
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1.一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，该方法中，通过过载闭环控制律实时获得无人机的控制指令，并且基于该控制指令控制无人机飞向目标。
2.根据权利要求1所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
5.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
6.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
7.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，该方法中，通过过载闭环控制律实时获得无人机的控制指令，并且基于该控制指令控制无人机飞向目标。
2.根据权利要求1所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的基于过载闭环的高机动无人机控制方法，其特征在于，
【专利技术属性】
技术研发人员：宋韬，郭涵宇，叶建川，江涛，汪洋，谭森起，苏晓杰，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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