基于混合控制的四旋翼无人机增稳控制方法

摘要

本发明公开了自动控制技术领域中的一种基于混合控制的四旋翼无人机增稳控制器的设计方法。包括：设定四旋翼无人机状态变量和状态切换参数；设定四旋翼无人机的高度切换值、滚转角切换值、俯仰角切换值、滚转角临界值和俯仰角临界值；设定离散状态集合和离散事件集合；设定四旋翼无人机离散状态迁移条件；判断四旋翼无人机的状态，并根据其状态分别设计起降控制器、平稳控制器、增稳控制器和失控保护装置。本发明可确保无人机在复杂条件下的稳定飞行，有效地避免失控情况的发生，改善飞机的飞行状态。

主权项

一种基于混合控制的四旋翼无人机增稳控制方法，其特征是所示方法包括：步骤1：设定四旋翼无人机飞行状态变量并选取状态切换参数；所述四旋翼无人机飞行状态变量包括：四旋翼无人机的经度x、纬度y、高度z、滚转角φ、俯仰角θ和偏航角ψ；所述四旋翼无人机状态切换参数包括：四旋翼无人机的高度z、滚转角φ和俯仰角θ；步骤2：设定四旋翼无人机的状态切换参数值，其中包括：高度切换值z_T、滚转角切换值φ_T、俯仰角切换值θ_T、滚转角临界值φ_max和俯仰角临界值θ_max；步骤3：设定离散状态集合包括元素：起降飞行状态、正常飞行状态、增稳飞行状态和失控保护状态；步骤4：设定离散状态迁移过程和其对应的离散事件集合；其中，所述离散状态迁移过程包括：起降飞行状态迁移至正常飞行状态、起降飞行状态迁移至增稳飞行状态、正常飞行状态迁移至起降飞行状态、正常飞行状态迁移至增稳飞行状态、正常飞行状态迁移至失控保护状态、增稳飞行状态迁移至起降飞行状态、增稳飞行状态迁移至正常飞行状态和增稳飞行状态变迁移至失控保护状态；所述离散事件集合为离散状态迁移过程所对应的事件组成的集合；步骤5：设定四旋翼无人机离散状态迁移条件，包括：当四旋翼无人机的高度z≤z_T时，四旋翼无人机处于起降飞行状态；当四旋翼无人机的高度z>z_T并且滚转角0≤φ≤φ_T或者俯仰角0≤θ≤θ_T时，四旋翼无人机迁移至平稳飞行状态；当四旋翼无人机的高度z>z_T并且滚转角φ>φ_max或者俯仰角θ>θ_max时，四旋翼无人机迁移至失控保护状态；当四旋翼无人机的高度z>z_T并且滚转角φ_T<φ≤φ_max或者俯仰角θ_T≤θ≤θ_max时，四旋翼无人机迁移至增稳飞行状态；步骤6：判断四旋翼无人机的状态，当四旋翼无人机处于起降飞行状态时，执行步骤7；当四旋翼无人机迁移至平稳飞行状态时，执行步骤8；当四旋翼无人机迁移至增稳飞行状态时，执行步骤9；当四旋翼无人机迁移至失控保护状态时，执行步骤10；步骤7：设计起降控制器，对起降控制器进行PID参数整定，使系统响应时间小于第一设定值，结束；步骤8：设计平稳控制器，对平稳控制器进行PID参数整定，使系统超调量小于第二设定值，结束；步骤9：设计增稳控制器，对增稳控制器进行PID参数整定，使系统响应时间小于第三设定值，结束；步骤10：设计失控保护装置，将四旋翼无人机的飞行控制器输出与信号发生器连接，信号发生器输出连接降落伞弹出装置，结束。