一种无人机控制系统及控制方法 .pdfVIP

(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CN109471449A

(43)申请公布日2019.03.15

(21)申请号CN201811627287.5

(22)申请日2018.12.28

(71)申请人中国兵器工业计算机应用技术研究所

地址100089北京市海淀区车道沟10号

(72)发明人刘培志张兴文赵小川徐玉国崔倩楠胡雄文樊双琳徐洋张伯华李凯

(74)专利代理机构北京君泊知识产权代理有限公司

代理人王程远

(51)Int.CI

权利要求说明书说明书幅图

(54)发明名称

一种无人机控制系统及控制方法

(57)摘要

本发明公开了一种无人机控制系

统，包括：姿态指令滤波器，对目标姿态

角进行滤波过渡处理，获得平滑的目标姿

态角及目标姿态角指令微分；扩张状态观

测器，以测量姿态角速率作为观测输入，

观测总和扰动项，接收滑模控制器实时反

馈的姿态角控制量；滑模控制器，以测量

姿态角与滤波过渡处理的目标姿态角之间

的差值作为输入，并根据总和扰动项对无

人机姿态模型进行补偿，确定得到姿态角

控制量，将输出的姿态角控制量反馈回扩

张状态观测器，无人机姿态模型实时测得

的测量姿态角反馈回滑模控制器。本发明

还提供了一种无人机控制方法。本发明的

有益效果：无需提供很大的瞬时控制量和

高控制频率即可实现对无人机的全包线自

主飞行控制。

法律状态

法律状态公告日法律状态信息法律状态

2022-04-15授权发明专利权授予

权利要求说明书

1.一种无人机控制系统,其特征在于,包括:

姿态指令滤波器,其对无人机姿态模型的目标姿态角进行滤波过渡处理,获得平滑的

目标姿态角及目标姿态角指令微分;

扩张状态观测器,其以所述无人机姿态模型的测量姿态角速率作为观测输入,观测所

述无人机姿态模型的总和扰动项,并接收所述滑模控制器实时反馈的姿态角控制量;

滑模控制器,其以所述无人机姿态模型的测量姿态角与滤波过渡处理的目标姿态角

之间的差值作为输入,并根据所述扩张状态观测器观测到的总和扰动项对所述无人

机姿态模型的非线性特性进行补偿,确定得到对所述无人机姿态模型的姿态角控制

量,所述滑模控制器将输出的姿态角控制量同时反馈回所述扩张状态观测器,所述无

人机姿态模型实时测得的测量姿态角同时反馈回所述滑模控制器。

2.根据权利要求1所述的无人机控制系统,其特征在于,所述姿态指令滤波器带宽根

据无人机姿态模型相对阶设计,选取二阶低通滤波器或三阶低通滤波器或四阶低通

滤波器。

3.根据权利要求2所述的无人机控制系统,其特征在于,所述姿态指令滤波器选取三

阶低通滤波器,具体结构如下:

式中,x

d

为经过滤波过渡处理后平滑的目标姿态转角,x

cmd

、x

d1

、x

d2

、x

d3

分别为目标姿态角经过滤波过渡处理后的零阶、一阶、二阶和三阶目标姿态角指令

微分,r为所述三阶低通滤波器的极点。

4.根据权利要求1所述的无人机控制系统,其特征在于,所述扩张状态观测器根据无

人机姿态模型相对阶设计,选取二阶扩张状态观测器或三阶扩张状态观测器或四阶

扩张状态观测器。

5.根据权利要求4所述的无人机控制系统,其特征在于,所述扩张状态观测器选取三

阶扩张状态观测器,具体结构如下:

式中,e为观测误差,y为无人机姿态模型的输出,z

1

、z

2

为实时观测变量,z

3

为所述扩张状态观测器的观测输出即无人机姿态模型中的总和扰动项f,δ为大于零

的常数,u为滑模控制器得到的对无人机姿态模型的控制输入,b为控制输入的系数,β

01

、β

02

、β

03

为所述扩张状态观测器的增益,fal(e,ε,δ)为所述扩张状态观测器的非线性非光滑反馈

函数,

配置观测器特征多项式为(s+ω)

3