四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及无人机控制，尤其涉及一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、多旋翼电力巡检无人机野外飞行作业存在风扰、多样载荷挂载、运动范围大等情况，对四旋翼控制系统也提出了高要求。传统的线性控制方法由于通常在线性化点处实现控制器，对于大范围受扰使用场景会出现性能下降现象。由于四旋翼飞行具有级联动力学结构，使得反步方法非常适用于四旋翼控制器设计。反步法是通过在当前步设计“虚拟控制指令”，然后将其当作下一个回路的目标指令，使得接下来的系统可以跟踪该“虚拟控制指令”，一直继续上述步骤，直至出现真正的舵机控制指令为止。然而，传统反步控制不能提供全系统的鲁棒性能保证。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质，实现了复杂环境下四旋翼无人机的快速平滑抵消扰动和轨迹追踪，增强了反步控制的鲁棒性。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法，包括：

3、构建四旋翼无人机的目标动力学模型；

4、对于积分滑模引入输入控制量并构建所述四旋翼无人机的二阶积分滑模面；

5、根据所述目标动力学模型和所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的多回路控制器；

6、根据对所述四旋翼无人机的期望控制指令和所述多回路控制器，确定所述四旋翼无人机的控制输入量，并根据所述控制输入量对所述四旋翼无人机进行控制。

7、第二方面，本发明实施例提供了一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制装置，包括：

8、模型构建模块，用于构建四旋翼无人机的目标动力学模型；

9、滑模面构建模块，用于对于积分滑模引入输入控制量并构建所述四旋翼无人机的二阶积分滑模面；

10、控制器构建模块，用于根据所述目标动力学模型和所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的多回路控制器；

11、控制模块，用于根据对所述四旋翼无人机的期望控制指令和所述多回路控制器，确定所述四旋翼无人机的控制输入量，并根据所述控制输入量对所述四旋翼无人机进行控制。

12、第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括：

13、至少一个处理器；以及

14、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

15、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如第一方面实施例所述的四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法。

16、第四方面，本发明实施例还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如第一方面实施例所述的四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法。

17、本发明实施例提供了一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质，该方法包括：构建四旋翼无人机的目标动力学模型；对于积分滑模引入输入控制量并构建所述四旋翼无人机的二阶积分滑模面；根据所述目标动力学模型和所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的多回路控制器；根据对所述四旋翼无人机的期望控制指令和所述多回路控制器，确定所述四旋翼无人机的控制输入量，并根据所述控制输入量对所述四旋翼无人机进行控制。利用该方法，使用积分滑模来增强反步控制的鲁棒性，由于整个系统从一开始就位于滑模面上，因此通过积分滑模可以有效消除滑模接近阶段。当系统位于滑模面上时，通过等价控制方法，可以将匹配扰动的影响抵消。同时在滑模控制中还引入了二阶滑模控制思想，可以有效缓解控制输入的抖振现象。从而实现复杂环境下四旋翼无人机的快速平滑抵消扰动和轨迹追踪。

18、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

技术特征：

1.一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建四旋翼无人机的目标动力学模型，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述输入控制量为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标动力学模型和所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的多回路控制器，包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述四旋翼无人机的位置跟踪误差和所述目标动力学模型，构建所述四旋翼无人机的位置控制回路，包括：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述四旋翼无人机的速度跟踪误差和所述目标动力学模型，结合所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的速度控制回路，包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述四旋翼无人机的旋转跟踪误差，构建所述四旋翼无人机的角度控制回路，包括：

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述四旋翼无人机的角速度跟踪误差和所述目标动力学模型，结合所述二阶积分滑模面，构建所述四旋翼无人机的角速度控制回路，包括：

9.一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述模型构建模块，具体用于：

11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述输入控制量为：

12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述控制器构建模块，包括：

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述位置回路构建单元，具体用于：

14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述速度回路构建单元，具体用于：

15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述角度回路构建单元，具体用于：

16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述角速度回路构建单元，具体用于：

17.一种电子设备，其特征在于，包括：

18.一种包含计算机可执行指令的存储介质，其特征在于，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行如权利要求1-8任一项所述的四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法。

技术总结本发明提供了一种四旋翼无人机轨迹跟踪控制方法、装置、设备及介质，该方法包括：构建四旋翼无人机的目标动力学模型；对于积分滑模引入输入控制量并构建四旋翼无人机的二阶积分滑模面；根据目标动力学模型和二阶积分滑模面，构建四旋翼无人机的多回路控制器；根据对四旋翼无人机的期望控制指令和多回路控制器，确定四旋翼无人机的控制输入量，并根据控制输入量对四旋翼无人机进行控制。利用该方法，使用积分滑模来增强反步控制的鲁棒性。当系统位于滑模面上时，通过等价控制方法，可以将匹配扰动的影响抵消，从而实现复杂环境下四旋翼无人机的快速平滑抵消扰动和轨迹追踪。技术研发人员：张伟,武永泉,赵轩,张四维,龙涛,许洪华,陈玉宝,李伟祚,黄翔,彭冲,黄郑,唐一铭受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司南京供电分公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23