一种变构型无人机的抗干扰安全控制方法

1.一种变构型无人机的抗干扰安全控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，建立变构型无人机的动力学与运动学模型，包括：根据变构型无人机的结构，采用牛顿-欧拉方程建立变构型无人机的动力学模型为： ,其中， 分别带表无人机的质量以及转动惯量矩阵，其中 为无人机三轴方向的转动惯量， 使用对应变量作为对角矩阵的对角线元素；向量 表示变构型无人机在惯性坐标系下的质心速度和机体坐标系下的机体角速度； 为惯性坐标系下变构型无人机受到的电机拉力和重力， 为无人机机体受到的干扰力矩和受到的控制力矩， 包括内部力矩干扰 和为外部碰撞带来的干扰 ； 分别为3×3的零矩阵和单位矩阵；采用欧拉角描述机体姿态，无人机的运动学模型表示为： ,其中， 为变构型无人机质心的位置向量， 为对应导数， 为欧拉角， 分别代表无人机的滚转角、俯仰角、偏航角， 为欧拉角对时间的导数； 矩阵为从机体角速度到欧拉角速度的映射矩阵： ；第二步，分析无人机在倾转飞行过程中受到的内部力矩干扰和外部碰撞带来的干扰，包括：所述内部力矩干扰为大倾角下气动中心与质心的偏差诱导产生，建模为： ,其中 为变构型无人机气动中心与质心的垂直距离， 为内部力矩干扰， 为单位向量；无人机在碰撞到障碍物后，外部碰撞带来的干扰建模为： ， 为外部碰撞带来的干扰， 表示干扰所持续的时间；第三步，根据变构型的电机和舵机布局，设计动态控制分配策略，包括：第一步中的惯性坐标系下变构型无人机受到的电机拉力表示为： ,其中， 为机体坐标系下无人机受到的控制力；其中旋转矩阵 由欧拉角表示： ,其中， 分别为三角函数 的简写； ， 分别为螺旋桨的拉力的大小和倾转的角度；无人机受到的力矩用电机拉力和舵机角度来表示： ,其中， 为螺旋桨拉力力臂的长度， 为螺旋桨升力系数与扭矩系数之比， 为无人机受到的控制力矩； M为生成无人机控制力矩的分配矩阵；对上式求解逆矩阵，得到相应的动态分配矩阵为： ；第四步，设计干扰观测器和导纳控制器模型对干扰进行估计。 2.根据权利要求1所述的一种变构型无人机的抗干扰安全控制方法，其特征在于，所述第四步包括：根据时域干扰观测器理论，干扰观测器设计为： ,其中， 为辅助变量， 为观测器增益， 分别为无人机的角速度和角加速度； 为无人机机体受到的干扰力矩的估计值； 为转动惯量矩阵；导纳控制器设计为： ,其中， 分别为惯性特性、阻尼特性、刚度特性的系数，对于利用外力引导无人机的场景，刚度系数 取值为零，将干扰的估计值 和初始期望姿态 作为导纳控制器的输入，输出 为自适应调整后的参考姿态，取 ；其中 分别表示导纳控制器输入和输出的二阶导数和一阶导数。