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专利号: 201910411463X
申请人: 江苏理工学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,包括:建立四旋翼的动力学模型;

设计与所述动力学模型相对应的线性扩张观测器;

设计与所述动力学模型相对应的非奇异快速终端滑模控制律;

设计多个性能优化指标,并采用果蝇算法对所述线性扩张观测器和所述非奇异快速终端滑模控制律中的控制参数进行整定,得到四旋翼轨迹跟踪控制器;

通过所述四旋翼轨迹跟踪控制器对四旋翼飞行器进行控制。

2.根据权利要求1所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述动力学模型包括位置动力学与姿态动力学两部分,以以下6个二阶系统作为

6个独立的控制通道:

其中,[x,y,z]为三轴位置,[φ,θ,ψ]为三轴姿态角,U1为总距输入,U2为俯仰输入,U3为滚转输入,U4为偏航输入,m为整机质量,g为重力加速度,I=[Ixx,Iyy,Izz]T为惯性矩,d1~d6为各通道上的集总干扰。

3.根据权利要求2所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,二阶系统对应的线性扩张观测器为:其中, 是二阶系统中状态量[x1,x2,x3]T的估计值,x3为集总干扰,y为系统实际输出,为系统估计输出, b为控制器增益,通过 实现对集总干扰x3的估计。

4.根据权利要求3所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,其中,L通过极点配置的方式计算获得:其中,ωo>0是观测器增益。

5.根据权利要求4所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述非奇异快速终端滑模控制律为:-1

其中,ue为等效控制律, ur为趋近律,ur=b (k1s+k2sig(s)p),

其中,b为控制器参数,β与γ为权重因子,β>0,1<γ<2,跟踪误差e为期望信号xr与估计信号 的差,s为滑模面,p为滑模因子。

6.根据权利要求5所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述性能优化指标为4个,分别为误差绝对值的积分、误差平均积分、误差乘以时间的绝对值积分和误差乘以时间的平方积分。

7.根据权利要求6所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述线性扩张观测器和所述非奇异快速终端滑模控制律中的控制参数包括ωo、β、k1和k2。

8.根据权利要求7所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述果蝇算法包括以下步骤:S11,初始化参数:初始化果蝇的种群数目Gs,总迭代次数Tmax和果蝇种群的初始位置(X_axis,Y_axis);

S12,随机计算距离:每个果蝇个体依靠嗅觉去随机寻找食物源,并确定其方向与距离,其中,(Xi,Yi)为食物源的位置,SV为果蝇个体到随机食物源的距离;

S13,气味浓度计算:计算原点到随机食物源的距离,再根据距离定义气味浓度:其中,Disti为原点到随机食物源的距离,Ei为气味浓度。

S14,目标函数计算:将气味浓度代入到目标函数的公式中,来计算每个果蝇个体的气味浓度Smelli,并找出具有最佳的气味浓度的果蝇个体:S15,算法进化:记录并保留最佳的气味浓度的果蝇个体与其位置,其他剩余果蝇均向最佳果蝇处集中,实现算法的进化:S16,终止条件:进入迭代寻优,重复执行步骤S12~S15,并判断当前最佳气味浓度是否优于前一代,若是,则保留当前寻优结果;若否,则被摒弃,直到迭代次数等于总迭代次数。

9.根据权利要求8所述的基于线性扩张观测器的四旋翼非奇异终端滑模控制方法,其特征在于,所述果蝇算法增加自适应策略:其中,ωm∈(0,1)为权重因子,BestSmelli-1为前一代最优的气味浓度值,τ∈(0,1)为限制因子,T为当前迭代次数,hmin为最小步长,μ为正整数,此时步骤S12中食物源的位置为: