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申请/专利权人：烟台大学

摘要：本发明是关于一种基于动态滤波微分的无人机俯仰角控制方法。其通过测量无人机俯仰角、俯仰角速率、垂直加速度信号来组成控制方案稳定控制无人机俯仰姿态角；通过俯仰角速率与垂直加速度，将俯仰角误差与俯仰角速率误差分别分成大中小误差三种情况，分别求解其微分信号；同时通过俯仰角误差与俯仰角速率误差信号自适应生成滤波微分的时间参数，从而调节滤波微分算法的求解时间间隔，使得整个滤波微分信号具有良好的物理意义与精度。按照俯仰角与俯仰角速率将整个控制分为内外层，按照角速度与加速度分类分别求解内外回路相关干扰估计信号，并叠加良好的动态滤波微分信号，形成了最终的具有良好鲁棒性的姿态稳定控制方法。

主权项：1.一种基于动态滤波微分的无人机俯仰角控制方法，其特征在于以下步骤：步骤S10：安装姿态陀螺仪测量无人机俯仰姿态角，并根据飞行任务需要设定期望俯仰角信号与之对比得到俯仰角误差信号；然后安装速率陀螺仪测量无人机俯仰角速率信号，然后设定俯仰角速率阈值参数，按照俯仰角速率与俯仰角速率阈值参数的比较结果，将俯仰角误差变化分为快中慢三种情况，依次根据俯仰角误差信号与俯仰角速率信号进行积分，得到动态滤波参数，然后设计一阶动态滤波器，分别求解三种情况的俯仰角误差滞后信号；最后由俯仰角误差信号与俯仰角误差滞后信号以及相应的动态滤波参数求解俯仰角误差动态滤波微分信号包括：e1＝θ-θd； 其中θ为安装姿态陀螺仪测量得到的无人机俯仰角信号，θd为期望俯仰角信号，e1为俯仰角误差信号；ω为安装速率陀螺仪测量得到的无人机俯仰角速率信号，a1、a2为俯仰角速率阈值参数，其为常值；s为一阶动态滤波器传函的微分算子，T1、T2、T3、ε1、ε2、ε3为静态滤波参数，均为常值；为动态滤波参数；c11、c12、c21、c22、c31、c32为常值积分参数；e2为俯仰角误差滞后信号；de1为俯仰角误差动态滤波微分信号；步骤S20：安装加速度计测量无人机垂向加速度并根据所述的俯仰角误差信号与俯仰角误差滞后信号生成外回路角速度相关干扰估计律与外回路加速度相关干扰估计律，并通过积分得到外回路角速度相关干扰估计信号与外回路加速度相关干扰估计信号，两者组合形成外回来干扰估计总信号，并叠加所述的俯仰角误差信号、俯仰角误差动态滤波微分信号以及动态滤波参数形成无人机俯仰角速率期望信号包括： 其中ay为安装加速度计测量得到的无人机垂向加速度信号；为外回路角速度相关干扰估计律，为外回来加速度相关干扰估计律，l1与l2为控制估计速率快慢的常值参数，为外回路角速度相关干扰估计信号；为外回路加速度相关干扰估计信号，为外回来干扰估计总信号；k1、k2、k3、k4与k5为常值控制参数，ωd为无人机俯仰角速率期望信号；步骤S30：根据所述的无人机俯仰角速率期望信号与俯仰角速率信号进行对比，得到俯仰角速率误差信号；然后设定垂直加速度阈值参数，按照垂直加速度信号与垂直加速度阈值参数的比较结果，将俯仰角速率误差变化分为快中慢三种情况，依次将俯仰角速率误差信号与垂直加速度信号进行组合积分，得到动态速率滤波参数，然后设计一阶动态滤波器，分别求解三种情况的俯仰角速率误差滞后信号；最后由俯仰角速率误差信号与俯仰角速率误差滞后信号以及相应的动态速率滤波参数求解俯仰角速率误差动态滤波微分信号包括：e3＝ω-ωd； 其中e3为俯仰角速率误差信号；a3、a4为垂直加速度阈值参数，其为常值；s为一阶动态滤波器传函的微分算子，T4、T5、T6、ε4、ε5、ε6为静态速率滤波参数，均为常值；为动态速率滤波参数；c41、c42、c51、c52、c61、c62为常值积分参数；e4为俯仰角速率误差滞后信号；de3为俯仰角速率误差动态滤波微分信号；步骤S40：根据所述的俯仰角速率误差信号、俯仰角速率误差滞后信号、垂直加速度信号与俯仰角速率信号生成内回路角速度相关干扰估计律与内回路加速度相关干扰估计律，通过积分后得到内回路角速度相关干扰估计信号与内回路加速度相关干扰估计信号，并组合生成内回路干扰估计总信号，最后叠加动态速率滤波参数、俯仰角速率误差动态滤波微分信号、俯仰角误差动态滤波微分信号以及俯仰角速率误差信号形成俯仰通道控制综合信号，并通过饱和限幅处理得到俯仰通道饱和限幅控制信号包含： 其中为内内回路角速度相关干扰估计律，为内回来加速度相关干扰估计律，l3与l4为控制内回路干扰估计速率快慢的常值参数，为内回路角速度相关干扰估计信号；为内回路加速度相关干扰估计信号，为内回来干扰估计总信号；j1、j2、j3、j4、j5、j6、j7为常值控制参数为常值控制参数，ud为俯仰通道控制综合信号，c为俯仰舵饱和参数，其为常值，sign为符号函数，u为最终的俯仰通道饱和限幅控制信号，将其输送给无人机俯仰通道俯仰舵系统，实现负反馈控制无人机俯仰通道姿态角对俯仰角期望信号的跟踪任务。

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