基于小型无人机导航的滑模控制方法 .pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局

(12)发明专利说明书

(10)申请公布号CN104536457A

(43)申请公布日2015.04.22

(21)申请号CN201410793896.3

(22)申请日2014.12.19

(71)申请人重庆大学

地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号

(72)发明人黄鸿谢吉海马泽忠刘智华曲焕鹏

(74)专利代理机构重庆博凯知识产权代理有限公司

代理人张先芸

(51)Int.CI

G05D1/10

G05B13/04

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

基于小型无人机导航的滑模控制方

法

(57)摘要

本发明提供一种基于小型无人机导

航的滑模控制方法，包括(1)确定滑模面

s(x)：滑模面代表系统的理想动态特性，选

择的滑模面为非线性滑模面；(2)滑模控制

器设计：使到达条件得到满足，从而使趋

近运动于有限时间到达滑模面，并且在趋

近的过程中快速、抖振小。本发明针对滑

模控制中出现的抖振问题，重新进行了控

制律设计，并对制导参数进行了优化；并

分析了无人机的运动学和动力学特性，提

出了一种基于滑模控制理论的非线性导航

算法。实际测试结果表明，本发明给出的

导航控制算法具有良好的性能指标，可跟

踪任意航路点，从而可实现无人机自主飞

行。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

权利要求说明书

1.基于小型无人机导航的滑模控制方法，包括如下步骤：

(1)飞行前，根据飞机类型，查询手册，得到飞机的最大滚转角φSubmax/Sub

以及飞机的最大巡航速度VSubmax/Sub；

(2)确定滑模面s(x)：滑模面代表系统的理想动态特性，设计一个非线性滑模面；飞

机以最大速度VSubmax/Sub飞行时，最小转弯半径ImageY＝

2RSubmin/Sub，参数Image

(3)滑模控制器设计：设计滑模控制器，使到达条件得到满足，从而使趋近运动于

有限时间到达滑模面，并且在趋近的过程中快速、抖振小；

根据选择的滑模面，对任意的侧向偏离距离y均有一个固定的期望ψSubE/Sub

值，根据无人机的当前航迹方位角ψSubG/Sub，计算出当前的航迹误差角

ψSubCE/Sub与期望的ψSubE/Sub角的误差εSubE/Sub；为了产生一

个平滑的导航输出φSubr/Sub，根据当前的εSubE/Sub来设计控制律；

根据选择的滑模面s计算当前的εSubE/Sub，具体如下式所示：

MathMathTextmrowmsubmiepsiv;/mimiE/mi/msubmo=

/momfencedmtablemtrmtdmsubmipsi;/mimiCE/mi/msub

mo-

/momfracmipi;/mimn2/mn/mfrac/mtdmtdmrowmo(/mo

miy/mimo/momiY/mimo)/mo/mrow/mtd/mtrmtrmt

dmsubmipsi;/mimiCE/mi/msubmo+/momilambda;y/mi

/mtdmtdmrowmo(/momo-

/momiY/mimolt;/momiy/mimolt;/momiY/mimo)/

mo/mrow/mtd/mtrmtrmtdmsubmipsi;/mimiCE/mi/msub

mo+/momfracmipi;/mimn2/mn/mfrac/mtdmtdmrowm

o(/momiy/mimolt;/momo-

/momiY/mimo)/mo/mrow/mtd/mtr/mtable/mfencedmo-

/momo-/momo-

/momrowmo(/momn13/mnmo)/mo/mrow/mrow/math/

Math

式中ψSubCE/Sub＝ψSubG/Sub-ψSubT/Sub，-π≤ψSu