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基于双曲正弦增强型指数趋近律和快速终端滑模面的四旋翼飞行器有限时间控制方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2024-08-06 08:54:33
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2024-08-06 08:54:33
为了克服传统滑模面无法实现有限时间控制以及进一步加快趋近律的趋近速度和减小抖振的问题，发明采用了快速终端滑模控制以及基于双曲正弦增强型指数趋近律，通过切换控制的思想避免了奇异性问题，加快了系统到达滑模面的趋近速度，减小了抖振，实现了有限时间控制。
一种基于双曲正弦增强型指数趋近律和快速终端滑模面的四旋翼飞行器有限时间控制方法，包括以下步骤：步骤1，确定从基于四旋翼飞行器的机体坐标系到基于地球的惯性坐标系的转移矩阵；步骤2，根据牛顿欧拉公式分析四旋翼飞行器动力学模型；步骤3，计算跟踪误差，根据快速终端滑模面以及其一阶导数设计控制器。针对四旋翼飞行器系统，结合基于双曲正弦增强型指数趋近律滑模控制以及快速终端滑模控制，不但能在远离滑模面时能增加趋近速度，并且能减小抖振，提高系统的快速性和鲁棒性，实现快速稳定控制，同时能实现跟踪误差的有限时间控制，解决了传统滑模面中只有当时间趋于无穷，跟踪误差才趋向0的问题。
有限时间控制方法在 四旋翼飞行器控制 中的应用前景非常广阔。它可以提高四旋翼飞行器的自主性和可靠性，使其能够在复杂的环境中自主飞行。这类方法具有快速收敛、鲁棒性强、简化控制器设计等优点，能够满足四旋翼飞行器在各种情况下的控制要求，例如：
自主导航：四旋翼飞行器可以通过有限时间控制方法实现自主导航，例如在未知环境中搜索目标，或者在受限区域内飞行。
精确悬停：四旋翼飞行器需要在不同的环境下实现精确悬停，有限时间控制方法可以满足这种控制要求。
运动控制：有限时间控制方法可以用于实现四旋翼飞行器的各种运动控制，例如直线飞行、转弯、翻滚等。
自适应控制：有限时间控制方法可以与自适应控制相结合，实现四旋翼飞行器的自适应控制，例如在风速变化的环境下保持稳定飞行。
总之，有限时间控制方法在四旋翼飞行器控制中的应用前景非常广阔，可以提高四旋翼飞行器的自主性和可靠性，使其能够在复杂的环境中实现各种控制任务。
浙江工业大学是东部沿海地区第一所省部共建高校、首批国家“高等学校创新能力提升计划”（2011计划）协同创新中心牵头高校和浙江省首批重点建设高校，坐落于中国历史文化名城、风景旅游胜地杭州。学校坚持立德树人根本任务，以拔尖创新人才为引领、高级应用型人才为主体、复合型人才为特色，大力培养德智体美劳全面发展，富有家国情怀、国际视野、创新精神和实践能力的行业精英和领军人才。
本发明的技术构思为：针对四旋翼飞行器系统，结合指数趋近律滑模控制以及快速终端滑模控制，设计了一种基于双曲正弦增强型指数趋近律和快速终端滑模面的四旋翼飞行器有限时间控制方法。快速终端滑模面能实现跟踪误差的有限时间控制，解决了传统滑模面中时间趋于无穷，误差才趋向0的问题。基于双曲正弦增强型趋近律不但能在远离滑模面时能增加趋近速度，并且能减小抖振，提高系统的快速性和鲁棒性，实现快速稳定控制。
本发明的有益效果为：增强了系统的鲁棒性，与传统的指数趋近律滑模控制相比，不但能在远离滑模面时能增加趋近速度，并且能减小抖振，缩短了滑动模态的到达时间，从而使系统更快地实现稳定收敛。除此之外，本发明利用快速终端滑模，解决了传统滑模面中时间趋于无穷，误差才趋向0的问题，实现了有限时间控制。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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