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申请/专利权人：哈尔滨工业大学

摘要：一种基于切换滑模控制的固定翼空投无人机姿态控制方法及系统，涉及无人机姿态控制技术。以解决现有的无人机姿态控制技术没有考虑空投对纵向和横向分量的影响限定无人机空投的广泛应用、以及解决针对固定翼无人机在连续空投中因系统频繁切换可能导致的不稳定问题。技术要点：确定固定翼空投无人机本体和载荷的有关参数；在所得参数的基础上推导固定翼空投无人机在不同载荷搭载情况下的运动学和动力学方程；确定固定翼空投无人机所受合外力和合外力矩；根据建立的运动学与动力学模型，建立固定翼空投无人机姿态误差动力学模型，并将其建模为非线性仿射切换系统；根据姿态误差动力学模型设计具有有限时间收敛性质的切换滑模控制器；根据设计的切换滑模控制器证明固定翼无人机在空投任务中的稳定性。本发明提高了固定翼无人机在空投过程中的安全性和可靠性，且适用范围广泛，具有较高的工程应用价值。

主权项：1.一种基于切换滑模控制的固定翼空投无人机姿态控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：确定固定翼空投无人机本体以下称载机和载荷的有关参数，具体包括：载机质量、转动惯量、质心位置、机翼面积、翼展、平均气动弦长、空气动力学系数；载荷的数量、质量、安装位置；步骤二：在步骤一所得参数的基础上，推导固定翼空投无人机在不同载荷搭载情况下的运动学和动力学方程；具体步骤为：首先将载荷视为质点，将载机视为刚体，根据步骤一所得载机和载荷的质量、质心位置和转动惯量参数，计算出不同载荷搭载情况下的载机与载荷整体以下简称整体的总质心、总质量和总转动惯量；随后，根据坐标系转换关系建立运动学方程，根据牛顿定律和欧拉方程建立动力学方程；步骤三：确定固定翼空投无人机所受合外力和合外力矩，具体步骤为：假设无人机气动外形在空投过程中的变化可以忽略不计，根据步骤一中所得空气动力学参数计算出整体所受气动力，与重力、发动机推力结合，计算出整体所受合外力，根据空气动力学参数和总质心的偏移量计算出整体所受气动力矩，即无人机所受合外力矩；最后，将所得无人机所受合外力和合外力矩代入动力学方程，完成运动学与动力学建模；步骤四：根据步骤二和步骤三建立的运动学与动力学模型，建立固定翼空投无人机姿态误差动力学模型，并将其建模为非线性仿射切换系统；具体步骤为：设定期望姿态角和期望姿态角速度，代入并建立无人机姿态误差动力学模型；假设固定翼无人机的速度在投放过程中发生的变化可忽略不计，将无人机姿态误差动力学模型改写为线性切换项、二次项、非线性扰动切换项相结合的形式；步骤五：根据步骤四建立的姿态误差动力学模型，设计具有有限时间收敛性质的切换滑模控制器，具体包括姿态角控制器与姿态角速度切换控制器；具体步骤为：首先将姿态角误差设为外环滑模面，设计具有有限时间收敛性质的姿态角滑模控制器，然后在此基础上，将姿态角速度误差设计为内环滑模面，设计具有有限时间收敛性质的姿态角速度切换滑模控制器，控制增益由求解线性矩阵不等式获得；步骤六：根据步骤五设计的切换滑模控制器，证明固定翼无人机在空投任务中的稳定性，具体包括：证明无人机在单个模态下的有限时间收敛性质，分析固定翼无人机在连续空投任务中的稳定性，并确定最小空投间隔时间。

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