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专利号: 2020112181200
申请人: 江苏师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤(1)建立四旋翼无人机系统的动态模型,设定系统的初始值、采样时间以及相关控制参数,过程如下:对四旋翼无人机进行姿态动力学建模,姿态动力学模型如下:其中φ为滚转角,θ为俯仰角,ψ为偏航角,Jx,Jy,Jz分别为四旋翼无人机在机体坐标系下三轴的转动惯量,且都为常量;τ1,τ2,τ3分别表示作用在四个旋翼上的控制力矩,d1,d2,d3为四旋翼受到的扰动;

步骤(2)设计系统的输入死区模型,过程如下:其中i=1,2,3,ui为死区模型的输入信号,pi是死区模型的拐点,ki和pi为未知的正常数;

将死区模型做如下变换:

τi=Gi(ui)=kiui+δi(ui)        (3)其中

四旋翼无人机的姿态动力学模型可进一步写为:其中x1=φ, x3=θ, x5=ψ,步骤(3)在每一个采样时刻,计算姿态误差变量及其一阶导数;设计姿态控制器;

步骤(4)验证四旋翼飞行器系统的稳定性。

2.根据权利要求1所述的一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法,其特征在于,所述步骤(3)具体包括:

3.1定义跟踪误差z1,z2,z3及其一阶导数:其中φd表示期望滚转角度,θd表示期望俯仰角度,ψd表示期望偏航角度。

3.2设计李雅普诺夫函数V1,V3,V5和虚拟控制律α1,α2,α3:其中q1,q3和q5为正常数。

将(6),(7),(8)分别代入(9),(10),(11):其中z2=x2-α1,z4=x4-α2,z6=x6-α3。

3.3设计李雅普诺夫函数V2,V4,V6:其中

为h1,h2,h3

的估计; 为δ1,δ2,δ3的估计; 为d1,d2,d3的估计;η1,η2,η3,γ1,γ2,γ3,ξ1,ξ2,ξ3为正常数。

将(12),(13),(14)代入(15),(16),(17):

3.4设计控制器u1,u2,u3和自适应律。

3.根据权利要求2所述的一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法,其特征在于,所述步骤3.4具体包括:其中q2,q4,q6为正常数。

4.根据权利要求3所述的一种具有输入死区的四旋翼无人机姿态控制方法,其特征在于,所述步骤(4)具体包括:基于李雅普诺夫函数 根据(6)-(22),得:可知四旋翼无人机系统是稳定的。