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龙图腾网恭喜哈尔滨工业大学人工智能研究院有限公司申请的专利一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN114815866B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-13发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210387701.X，技术领域涉及：G05D1/495；该发明授权一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法是由张立宪;梁野;蔡博;翁睿;朱益民;杨嘉楠设计研发完成，并于2022-04-14向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法在说明书摘要公布了：本发明公开了无人机自动控制技术领域的一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法，利用切换系统对目标暂失现象建模，基于状态反馈这一低算力的控制器设计思路，根据实际跟踪误差实时调整控制器增益以保证所建立的切换跟踪系统的稳定性，其增益调整计算过程在无人机机载计算单元中进行；其中，无人机采用位置环‑姿态环的双环控制框架，建立的切换系统根据目标是否可测分为不可测子系统和可测子系统，能够实现目标暂失情况下的无人机目标跟踪控制，在跟踪过程中自动调整控制器增益从而保证跟踪系统的稳定性，提高暂失目标情况下的跟踪性能。

本发明授权一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法在权利要求书中公布了：1.一种具有稳定性保证的暂失目标无人机切换控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：初始化及跟踪坐标系建立；S2：目标可测情况下无人机位置控制；所述步骤S2具体为：根据步骤S1解算得到参考信号，在跟踪坐标系下计算无人机当前的跟踪误差，从而计算并记录跟踪系统能量；将无人机当前的位置跟踪误差带入位置环的状态反馈控制器中，得到所需控制输入以及姿态环的期望值，进而获得姿态环的控制输入；最终，实现无人机在目标可测情况下的位置控制，即可测子系统控制；其中无人机采用位置环和姿态环的双环控制方案，无人机动力学模型为 其中u1～u4为控制输入，可由无人机电机转速调整实现；x、y、z、θ、φ、ψ分别为对应坐标轴的水平位置与绕坐标轴旋转的姿态角，其参考信号分别用xd、yd、zd、θd、φd、ψd表示，在控制器设计与稳定性分析阶段，根据小角度定理可知，状态z、θ、φ、ψ可由u1～u4直接控制，状态x、y则需通过改变θ、φ的大小进行控制；采用双环控制方案可以将无人机的控制环具体分为姿态内环及位置外环，由外环位置误差确定内环姿态期望角度作为虚拟控制输入；对于内环姿态控制器，为保证其快速响应能力，采用有限时间滑模控制方法；以姿态θ为例，设计滑模面为其中eθ＝θ-θd，α、β、p、q均是正实数且p＜q，滑模面关于时间的导数可以计算为 根据滑模条件可设计等价控制器为 结合滑模控制中常用的趋近律，最终设计的基于有限时间滑模控制方法的姿态控制器为u2＝uθ,eq-Ksgnsθ4其中K为正实数，姿态控制器u3、u4的设计与u2相同；在位置控制方面，利用比例-微分控制进行控制器设计，具体为：首先设计高度控制器为其中：kvz、kpz为正实数，当高度达到稳态时u1恒为1；至此，无人机的4个控制输入设计完毕，对于欠驱动状态x和y，利用比例-微分控制思路设计虚拟控制输入 其中kvx，kpx，kvy，kpy均为正实数，从而通过无人机姿态的调整间接实现其位置控制；S3：目标不可测情况下的增益确定；所述步骤S3具体为：根据步骤S2所记录的目标可测子系统能量初值，以保证相邻目标不可测子系统运行结束时系统能量小于当前可测子系统能量初值为目标，即保证每个切换阶段的稳定性，进行不可测子系统的控制器增益计算，选取能够保证无人机具有较大加速度的控制器增益记录备用；判断可测子系统运行时间是否超过给定的最小可测时间，一旦未达到给定的最小可测时间，视为无人机追踪过程中目标可测情况极差，需要人为介入控制；当目标不可测时，将利用预测器对目标状态进行预测，根据预测的目标位置获得预测的参考信号，记为此时，式5将转化为 定义系统误差为ex-xd[x-xdvx-vxdy-ydvy-vyd]T，根据5、6可以基于切换系统框架建立无人机在x、y方向的闭环控制系统为 其中A、A′分别由5、6中的控制器增益构成，M由预测误差与控制器增益组成，是造成系统不稳定的原因，构造跟踪系统能量函数V＝0.5eTe，将可测子系统与不可测子系统的能量函数分别用Vt，V′t表示，有确定M的上界，则获得误差系数δ使得eTM≤δ||e||，那么跟踪系统能量函数满足如下不等式 其中，λ、λ′分别为系统矩阵A、A′的最大特征值；根据切换系统的稳定性判据，定义一个相邻的可测子系统和不可测子系统为一个切换阶段，求解令切换跟踪系统在一个切换阶段内能量下降的条件为 可知，当控制器增益满足9时，在当前切换阶段系统是能量下降的；其中，切换阶段能量初值V0由步骤S2确定，可以看出，对于任意的λ、λ′，随着切换阶段的不断推进，切换阶段初值将等于终值；那么，切换系统将是最终有界的，其最终界可由下式确定 显然，只要切换阶段能量初值大于系统最终界，那么切换系统在当前切换阶段的收敛就可以得到保证，即令 可以保证系统的动态过程的收敛；注意，此处也可令等式右边乘以一个衰减系数，使得收敛更快；在此步骤选取满足11的最大控制器增益，可以保证在目标相距较远时，即能量初值较大时，无人机具有较大加速度，使得其能够快速接近目标；S4：目标不可测情况下位置控制；S5：跟踪过程中的控制器增益更新；需要说明的是，上述步骤均在机载计算单元内实现，目标可测情况由无人机加载的传感器及测量算法判断，其余所有计算均为数值运算，保证了小计算量的无人机目标暂失情况下的跟踪控制。

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