1.一种基于模型修正的固定翼无人机姿态自适应控制方法,其特征在于:包括以下步骤:步骤1:同时考虑模型不确定性与未知外部干扰,构建固定翼无人机姿态非线性模型,利用参考模型与无人机姿态非线性模型的输出信息,设计一个修正项,对参考模型进行修正;
步骤2:将无人机期望姿态角信息、参考模型与无人机姿态非线性模型的输出信息,作为径向基函数神经网络输入,得到模型不确定性逼近值;
步骤3:基于步骤2得到的模型不确定性逼近值,利用无人机姿态非线性模型的输出信息与控制输入信息,设计扩张状态观测器,并得到干扰估计值;
步骤4:基于步骤2与步骤3得到的模型不确定性逼近值和干扰估计值,设计无人机姿态控制器和神经网络自适应律;
在步骤1中,考虑模型不确定性和未知外部干扰,固定翼无人机姿态非线性模型如公式(1)所示:T
式中,X=[γθψ]为姿态角向量,其中γ、θ、ψ分别为无人机的滚转角、俯仰角和偏航角,fX为模型中已知部分,ΔfX为模型不确定性,u为控制输入,d为未知外部干扰,gX为控制输入增益矩阵,其表达式为:式中,Q为自由流的动压,S为无人机机翼面积,L为机翼翼展,bA为机翼平均气动弦长,Ix、Iy、Iz为转动惯量,Ixy为惯性积, 为副翼舵面效率, 为方向舵舵面效率, 为升降舵舵面效率;
考虑式(1)中无人机姿态非线性模型,定义跟踪误差:式中, 为姿态角向量与参考模型输出向量之间的误差, 为期望姿态角向量与参考模型输出向量之间的误差;Xd为期望姿态角向量,X为姿态角向量,Xr为参考模型的输出向量;
设计如下参考模型:
式中,λ>0,λ为设计参数;
由式(3)和式(4)中的跟踪误差及其导数,得到误差函数:式中, 分别为跟踪误差 的导数;ξ、ξrd分别为跟踪误差 的误差函数;据误差函数ξ设计一个修正项aξ,对式(5)所示的参考模型进行修正,修正后的参考模型为:式中,a>0,a为设计参数;当控制输入饱和发生时,无法满足实际的控制输入需求,导致跟踪误差 变大,此时,修正项aξ也随之增大,对参考模型进行调节,使参考模型输出Xr发生变化,减小与姿态角向量X之间的误差,所需控制输入也随之减小,能满足实际控制输入需求,使无人机退出饱和区;从式(8)中可看出,当跟踪误差 消失时,则误差函数ξ也随之消失,修正的参考模型(8)将变为最初形式(5),因此,无人机不仅渐进跟踪修改后的参考模型,而且渐进跟踪原参考模型;
在步骤2中,针对无人机姿态非线性模型中的不确定性ΔfX,设计使用RBF神经网络进行逼近,RBF神经网络算法为:*T
ΔfX=W h(Γ)+ε (10);
th
式中,hj为隐含层j 个神经元的输出,exp表示以e为底数括号内为指数的对数,Γ=T th[Γ1,…,Γn] 为网络的输入向量,cj=[cj1,…,cjn]为网络j 个神经元高斯基函数的中心th *矢量,bj为j 个神经元高斯基函数的宽度;W为神经网络理想权值,h=[h1(Γ),…,hm(Γ)T]为神经网络隐含层输出,ε为逼近误差;
选取输入为 神经网络输出为:
式中, 为神经网络估计权值; 即为不确定性ΔfX的逼近值;
在步骤3中,基于步骤2得到不确定性ΔfX的逼近值,则无人机模型式(1)写为:式中, 包含神经网络逼近误差与未知外部干扰;由扩张状态观测器估计神经网络逼近误差ε,同时未知外部干扰d也由扩张状态观测器一并估计;基于式(1)与神经网络输出式(11),设计扩张状态观测器为:式中,z1、z2、z3为扩张状态观测器输出量,分别为X、 的估计值;β1、β2、β3为扩张状态观测器增益。
2.根据权利要求1所述的基于模型修正的固定翼无人机姿态自适应控制方法,其特征在于:在步骤4中,基于步骤2与步骤3得到的模型不确定性逼近值 和干扰估计值z3,设计无人机姿态控制器和神经网络自适应律,控制器表达式为:式中,KX>0,KX为控制器增益矩阵;
RBF神经网络自适应律为:
T
式中,G=G>0,σX>0为设计参数。