基于反步滑模的四旋翼无人机飞行姿态自适应控制

来源：计算机测量与控制杂志2024年第12期北京时间：

作者：韩洪豆,谢忠,徐志鹏,王一丁

单位：徐州新电高科电气有限公司

摘要：四旋翼无人机应用频率不断增加，应用场景愈加复杂，对其飞行姿态控制性能提出了更高的要求。现有方法对四旋翼无人机进行位姿控制后，可能会导致无人机的飞行行为出现发散或振荡，无法达到期望的位置与姿态，因此基于反步滑模算法，设计四旋翼无人机飞行姿态自适应控制方法。根据四旋翼无人机结构，构建四旋翼无人机动力学模型，利用MEMS惯性传感器对四旋翼无人机当前位置与姿态进行测量，结合卡尔曼滤波算法对飞行姿态角进行解耦计算，依据四旋翼无人机飞行姿态控制需求，联合反步滑模算法设计控制器，以飞行姿态角——滚转角、俯仰角与偏航角解耦计算结果作为控制器的输入量，控制器输出结果即为飞行姿态控制参量，实现四旋翼无人机飞行姿态的有效控制。实验数据证明:应用本文提出方法对四旋翼无人机飞行位姿进行控制后，控制结果与期望位置和期望位姿基本相同，滚转角、俯仰角与偏航角最大偏差不超过4°，具有较高的控制精度。

关键词：四旋翼无人机;飞行姿态;反步滑模算法;姿态控制;卡尔曼滤波

基金资助：国网江苏省电力有限公司孵化项目资助；项目名称：一种适用于电力巡检专用无人机的优化设计（编号：JF2020008）