1.一种基于干扰观测器的新型无人机姿态系统积分滑模控制方法,其特征在于,所述方法包括:实时获取干扰观测器观测到的参数误差和外部扰动;
将所述参数误差和外部扰动输入新型的积分滑模控制器中,使所述新型的积分滑模控制器根据所述参数误差和外部扰动,输出控制信号对无人机的姿态进行控制;
其中,所述新型的积分滑模控制器的构建方式为:
根据无人机的动力学特性,构建无人机姿态动力学系统模型;
确定姿态角误差,构建积分滑模面;
构建积分滑模趋近律;
根据所述无人机姿态动力学系统模型、所述积分滑模面和所述积分滑模趋近律,构建新型的积分滑模控制器;
所述无人机姿态动力学系统模型为:
其中, 是俯仰角加速度,是俯仰角速度,是翻滚角加速度,是翻滚角速度,是偏航角加速度,是偏航角速度;Jx为四旋翼无人机x轴的转动惯量,Jy为四旋翼无人机y轴的转动惯量,Jz为四旋翼无人机z轴的转动惯量; 为y轴的空气阻尼系数,Kθ为x轴的空气阻尼系数,Kη为z轴的空气阻尼系数;俯仰角的参数误差和外部干扰的总干扰为 翻滚角的参数误差和外部干扰的总干扰为dθ(t),偏航角的参数误差和外部干扰的总干扰为dη(t),l为力臂长度; 为俯仰角的控制器输出,uθ为翻滚角的控制器输出,uη为偏航角的控制器输出,c是恒力系数;
所述积分滑模面为:
其中,Kp是比列项参数矩阵,Ki是积分项参数矩阵,Kd是微分项参数矩阵,K1是缩放参数矩阵, kpθ和kpη为比列项参数, kiθ和kiη为积分项参数, kdθ和kdη为微分项参数, k1θ和k1η为缩放参数,是姿态误差矩阵,是俯仰角,θ是翻滚角,η是偏航角, 是俯仰角目标值,θd是翻滚角目标值,ηd是偏航角目标值, 是姿态角速度的误差, 是俯仰角速度的误差, 是翻滚角速度的误差, 是偏航角速度的误差,τ是积分用到的时间变量,s是积分滑模面矩阵, 是俯仰角的滑模面,sθ是翻滚角的滑模面,sη是偏航角的滑模面,e(τ)是τ时刻的姿态误差矩阵,t是时间;
所述积分滑模趋近律为:
其中,是对积分滑模面的导数,K2为指数趋近项参数矩阵,K3为等速趋近项参数矩阵,和k2η为指数趋近项参数, k3θ和k3η为等速趋近项参数, s是积分滑模面矩阵;
所述新型的积分滑模控制器为:
其中, 为控制器输出矩阵, 代表俯仰角的控制器输出,uθ代表翻滚角的控制器输出,uη代表偏航角的控制器输出,K0为空气阻尼系数矩阵, 为y轴的空气阻尼系数,Kθ为x轴的空气阻尼系数,Kη为z轴的空气阻尼系数;为姿态角速度矩阵,为姿态角加速度矩阵, 是姿态角矩阵, 为无人机转动惯量参数矩阵,Jx为四旋翼无人机x轴的转动惯量,Jy为四旋翼无人机y轴的转动惯量,Jz为四旋翼无人机z轴的转动惯量; 是总干扰估计值矩阵, 是俯仰角的总干扰估计值, 是翻滚角的总干扰估计值, 是偏航角的总干扰估计值, 是力臂长度矩阵,l为力臂长度,c是恒力系数;Kp是比列项参数矩阵,Ki是积分项参数矩阵,Kd是微分项参数矩阵,K1是缩放参数矩阵,是姿态角速度的误差,s是积分滑模面矩阵,K2为指数趋近项参数矩阵,K3为等速趋近项参数矩阵。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述干扰观测器的构建方式为:根据无人机姿态动力学系统模型,确定对应的干扰项;
根据所述干扰项,构建出干扰观测器。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述干扰观测器为:
其中,是姿态角速度估计值的微分,是姿态角速度的估计值,为姿态角速度矩阵,Z1是总干扰估计值,Z2是总干扰导数的估计值, 是总干扰估计值的导数, 是总干扰导数估计值的导数,L是力臂长度矩阵,u为控制器输出矩阵,L0、L1、L2、L3是误差参数矩阵,L0θ、L0η、 L1θ、L1η、 L2θ、L2η、L3θ和L3η是误差参数;λ是辅助参数,λ>0,sat(x)为饱和函数,其中,maxVal为设定的饱和函数最大值,R为实数。
4.一种基于干扰观测器的新型无人机姿态系统积分滑模控制装置,其特征在于,所述装置包括:信息获取模块,用于实时获取干扰观测器观测到的参数误差和外部扰动;
控制模块,用于将所述参数误差和外部扰动输入新型的积分滑模控制器中,使所述新型的积分滑模控制器根据所述参数误差和外部扰动,输出控制信号对无人机的姿态进行控制;
其中,所述新型的积分滑模控制器的构建方式为:
根据无人机的动力学特性,构建无人机姿态动力学系统模型;
确定姿态角误差,构建积分滑模面;
构建积分滑模趋近律;
根据所述无人机姿态动力学系统模型、所述积分滑模面和所述积分滑模趋近律,构建新型的积分滑模控制器;
所述无人机姿态动力学系统模型为:
其中, 是俯仰角加速度,是俯仰角速度,是翻滚角加速度,是翻滚角速度,是偏航角加速度,是偏航角速度;Jx为四旋翼无人机x轴的转动惯量,Jy为四旋翼无人机y轴的转动惯量,Jz为四旋翼无人机z轴的转动惯量; 为y轴的空气阻尼系数,Kθ为x轴的空气阻尼系数,Kη为z轴的空气阻尼系数;
俯仰角的参数误差和外部干扰的总干扰为 翻滚角的参数误差和外部干扰的总干扰为dθ(t),偏航角的参数误差和外部干扰的总干扰为dη(t),l为力臂长度;
为俯仰角的控制器输出,uθ为翻滚角的控制器输出,uη为偏航角的控制器输出,c是恒力系数;
所述积分滑模面为:
其中,Kp是比列项参数矩阵,Ki是积分项参数矩阵,Kd是微分项参数矩阵,K1是缩放参数矩阵,kpθ和kpη为比列项参数, kiθ和kiη为积分项参数, kdθ和kdη为微分项参数, k1θ和k1η为缩放参数, 是姿态误差矩阵,是俯仰角,θ是翻滚角,η是偏航角, 是俯仰角目标值,θd是翻滚角目标值,ηd是偏航角目标值, 是姿态角速度的误差, 是俯仰角速度的误差, 是翻滚角速度的误差, 是偏航角速度的误差,τ是积分用到的时间变量,s是积分滑模面矩阵, 是俯仰角的滑模面,sθ是翻滚角的滑模面,sη是偏航角的滑模面,e(τ)是τ时刻的姿态误差矩阵,t是时间;
所述积分滑模趋近律为:
其中,是对积分滑模面的导数,K2为指数趋近项参数矩阵,K3为等速趋近项参数矩阵,k2θ和k2η为指数趋近项参数, k3θ和k3η为等速趋近项参数, s是积分滑模面矩阵;
所述新型的积分滑模控制器为:
其中, 为控制器输出矩阵, 代表俯仰角的控制器输出,uθ代表翻滚角的控制器输出,uη代表偏航角的控制器输出,K0为空气阻尼系数矩阵, 为y轴的空气阻尼系数,Kθ为x轴的空气阻尼系数,Kη为z轴的空气阻尼系数;为姿态角速度矩阵,为姿态角加速度矩阵, 是姿态角矩阵, 为无人机转动惯量参数矩阵,Jx为四旋翼无人机x轴的转动惯量,Jy为四旋翼无人机y轴的转动惯量,Jz为四旋翼无人机z轴的转动惯量; 是总干扰估计值矩阵, 是俯仰角的总干扰估计值, 是翻滚角的总干扰估计值, 是偏航角的总干扰估计值, 是力臂长度矩阵,l为力臂长度,c是恒力系数;Kp是比列项参数矩阵,Ki是积分项参数矩阵,Kd是微分项参数矩阵,K1是缩放参数矩阵,是姿态角速度的误差,s是积分滑模面矩阵,K2为指数趋近项参数矩阵,K3为等速趋近项参数矩阵。
5.一种无人机,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至3中任一项所述的方法的步骤。