基于自抗扰的多旋翼全姿态矢量控制方法
2021-07-15 12:40:44罗寓文朱玉玉
传感器与微系统
2021年7期
罗寓文, 朱玉玉
(西南科技大学 信息工程学院,四川 绵阳 621010)
0 引 言
由多旋翼为代表的小型无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)在机器人领域内得到了大家的广泛关注。在传统的捷联惯导系统导航控制中,绝大多数的多旋翼姿态控制还是以欧拉角作为姿态环的被控对象分别控制偏航角、俯仰角、横滚角三个自由度。这种方法不可避免地忽略了欧拉角表示刚体旋转的奇异点也就是万向节死锁问题[1],由于欧拉角的万向节死锁问题,无人机在处于机头向上垂直姿态时其真实值没有明确的物理意义可言,对于欧拉角万向节死锁问题,文献[2～4]提出了基于四元数反馈的姿态控制方法,文献[5～8]提出了基于李群李代数的姿态控制方法。
本文将提出了一种基于方向余弦矩阵(DCM)姿态矢量的控制方法,避免使用欧拉角出现奇异值问题,实现了飞行器的全姿态控制,并在此基础上将无人机姿态内环角速度控制算法进一步改进为自抗扰控制(auto-disturbance rejection control,ADRC)技术[9～12],使用自抗扰控制技术中的微分跟踪器TD合理安排期望值过渡，避免了因控制器期望值发生大阶跃信号而引起控制器系统超调,扩张观测器ESO估计被控对象状态量与系统扰动。
1 全姿态矢量控制
对于姿态的表示,可以通过欧拉角、四元数、方向余弦矩阵DCM表示[13,14],而在姿态解算中方向余弦矩阵通常习惯用四元数来表示。本文提出的采用定义在北西天世界坐标系下的方向余弦矩阵DCM中的姿态矢量来实现飞行器全姿态控制。
