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申请/专利权人：广东工业大学

申请日：2023-08-23

公开（公告）日：2025-01-17

公开（公告）号：CN116880535B

专利技术分类：

专利摘要：一种改进二阶自抗扰控制四旋翼无人机姿态控制方法。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：响应速度更快，优化后的线性扩张状态观测器的传递函数算法大大提高了控制系统的响应速度；控制系统更加稳定，在控制系统响应过程中，优化后的线性扩张状态观测器的传递函数算法的幅度变换更加平缓；控制精度高，通过优化控制算法，相位滞后得到明显减小，提高了控制的准确性和稳定性；参数易整定，本发明引入了一种自适应控制方法用于实时调整PD控制器的PD环节控制参数，可以补偿控制器参数偏差和扰动引起的跟踪误差，不仅简化了参数设置过程，还提高控制系统的控制精度，增强控制器的抗扰性能。

专利权项：1.一种改进二阶自抗扰控制四旋翼无人机的姿态控制方法，其特征在于，所述姿态控制方法包括以下步骤：建立所述四旋翼无人机的姿态动力学模型；建立所述四旋翼无人机的二阶控制系统的运动方程以及状态方程，得到所述四旋翼无人机的多个状态变量；通过使用线性扩张状态观测器实时估计所述四旋翼无人机的多个状态变量，得到所述状态变量的估计值；并通过所述线性扩张状态观测器补偿所述四旋翼无人机的总扰动；定义所述四旋翼无人机的二阶控制系统的控制量；通过PD控制器和所述线性扩张状态观测器，建立二阶自抗扰控制器，优化所述四旋翼无人机的控制量；通过定义跟踪微分器的算法、定义滤波跟踪误差以及定义自适应律，建立自适应控制方法，所述自适应控制方法用于实时调整所述PD控制器中的PD环节控制参数；建立比例导数项的自抗扰控制律优化所述线性扩张状态观测器的传递函数，并输出所述传递函数作为控制信号；所述姿态动力学模型表示为以下关系式： ；其中，是惯性张量矩阵，为所述四旋翼无人机质心到旋翼中心的长度，为空气阻力系数，表示翻滚角，即所述四旋翼无人机绕x轴的转动角度，表示俯仰角，即所述四旋翼无人机绕y轴的转动角度，表示偏航角，即所述四旋翼无人机绕z轴转动的角度，虚拟控制变量（），如下所示为： ；其中，m为所述四旋翼无人机的质量，（）表示为所述四旋翼无人机中每个旋翼电机的升力，作为无人机姿态系统的升力系数，作为所述无人机姿态系统的反扭矩系数；所述运动方程表示为： ；其中，y表示为所述二阶控制系统的输出；u为所述二阶控制系统的控制输入；表示为所述二阶控制系统的外部未知扰动；，表示为所述二阶控制系统的参数；b为所述二阶控制系统的控制增益且部分已知，定义已知部分为；定义所述四旋翼无人机的状态变量为，，，所述状态方程表示为： ；其中，定义，，，，为所述二阶控制系统的扩张状态变量；在所述通过使用线性扩张状态观测器实时估计所述四旋翼无人机的多个状态变量，得到所述状态变量的估计值的步骤中，所述估计值表示为： ；其中，，，分别为，，的估计值，，，为观测器增益；在所述建立比例导数项的自抗扰控制律优化所述线性扩张状态观测器的传递函数，并输出所述传递函数作为控制信号的步骤中，优化后的所述传递函数表示为： ；其中，s是一个复数变量，表示拉普拉斯变换域中的频率，表示替换之后的观测增益。

百度查询： 广东工业大学 一种改进二阶自抗扰控制四旋翼无人机的姿态控制方法