技术特征：
1.一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型；s2、设定随模型的控制输入变化而同步发生变化的相对阈值、以及固定阈值；s3、结合事件触发特性，通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹；s4、调整过程中，采用反步法递推设计出相应的虚拟控制律以及实际控制律，以使得模型趋近渐近稳定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，所述在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型，包括：s11、结合故障对转子产生的影响，定义相应的故障参数，其中，所述故障参数的定义方式包括：其中，α
s
表示故障程度，为定义的故障参数；s12、根据所述故障参数、故障分布情况以及无人机的转子转速，确定同步产生的推力和扭矩，其中，所述推力和扭矩的定义方式包括：其中，u表示推力，即模型的控制输入；τ
φ
,τ
θ
,τ
ψ
表示无人机在偏航、俯仰以及滚转三个方向上分别产生的角加速度，i4表示4
×
4的单位矩阵，m表示推力和扭矩与转速间的映射矩阵，λ
s
表示预设的故障分布矩阵，ω
i
(i＝1,2,3,4)为无人机的四个转子的转速；s13、将所确定的推力和扭矩，代入到无人机的动力学模型中进行模型转换，得到用于反映飞行状况的目标运动模型。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤s13中，所述目标运动模型的定义方式包括：包括：包括：
其中，x1＝[p
z
,φ,θ,ψ]
t
,x2＝[v
z
,p,q,r]
t
，[φ,θ,ψ]分别表示产生的偏航角、俯仰角以及滚转角，[p,q,r]分别对应表示上述三个角的角加速度；p
z
表示惯性垂直位置，v
z
表示惯性垂直速度；r
η
(φ,ψ)表示将产生的角速度和欧拉角速度关联起来的关联矩阵，m表示无人机的机体重量，g表示产生的重力加速度；j＝diag{j
x
,j
y
,j
z
}表示机体的惯性矩阵，c
d
表示机体的阻力系数；为参数x1的导数，为参数x2的导数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤s3中，所述通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹，包括：s31、获取模型的实际控制输入，并将所述实际控制输入与预设的切换阈值控制参数进行比较；s32、在确定无人机的飞行轨迹与所述目标轨迹相距较远，且所述实际控制输入大于、或等于预设的切换阈值控制参数时，基于所述相对阈值、所述实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第一触发时刻；s33、在确定达到第一触发时刻时，基于在所述第一触发时刻中设置的控制输入，调整模型的实际控制输入，以使得无人机快速逼近目标轨迹；s34、在确定无人机处于目标轨迹附近，且所述实际控制输入小于预设的切换阈值控制参数时，基于所述固定阈值、所述实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第二触发时刻；s35、在确定达到第二触发时刻时，基于在所述第二触发时刻中设置的控制输入，调整模型的实际控制输入。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤s32中，所述基于所述相对阈值、所述实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第一触发时刻，包括：s321、在确定所述间隔差值大于或等于所述相对阈值时，通过下述公式，判断是否达到第一触发时刻：其中，t
k+1
表示达到的第一触发时刻，t表示时间，r表示预设的实数集，表示所述实际控制输入，ω表示在时刻t中设置的控制输入，m1、m2分别表示预设的常数，“m1ω+m
2”表示随ω变化而同步发生变化的相对阈值。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s34中，所述基于所述固定阈值、所述
实际控制输入与不同时刻中设置的控制输入之间的间隔差值，判断是否达到第二触发时刻，包括：s341、在确定所述间隔差值大于或等于所述固定阈值时，通过下述公式，判断是否达到第二触发时刻：其中，m表示固定阈值。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述调整过程中，采用反步法递推设计出相应的虚拟控制律，包括：s41、基于所述目标运动模型进行坐标变化，得到：其中，z1表示状态变量x1的坐标变换形式，z2表示状态变量x2的坐标变换形式，c1表示预设的比例增益，c2表示预设的积分增益，x1表示模型的系统状态，x
d
表示达到的目标状态，α表示虚拟控制律；s42、基于自适应控制原理，选择相应的第一lyapunov函数v1：其中，σ
s
表示自适应参数，表示故障参数的参数估计；s43、针对所述第一lyapunov函数v1进行一阶导数的求解，得到相应的一阶导数s44、基于使得一阶导数负定即的第一限定条件，设计出相应的虚拟控制律，以使得系统趋近渐近稳定，其中：其中，α1表示设计处的虚拟控制律，a＞0,b＞0,0＜δ＜1均为预设的正常数，k1表示预设的误差增益。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤s4中，所述调整过程中，采用反步法递推设计出相应的实际控制律，包括：s45、基于自适应控制原理，选择相应的第二lyapunov函数v2，即：s46、针对所述第二lyapunov函数v2进行一阶导数的求解，得到相应的一阶导数s47、基于事件触发特性、使得一阶导数负定即的第二限定条件，设计出相应的实际控制律，以使得在故障条件下也能够完成对目标的渐近跟踪，其中：或其中，λ
i
(t),i＝1,...,3表示连续时变参数，其满足λ
i
(t
k
)＝0,λ
i
(t
k+1
)＝
±
1且|λ
i
|≤1；δ表示预设的正参数，m1表示相对阈值控制输入增益。9.一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计系统，其特征在于，所述系统包括运动模
型构建模块、阈值设定模块、控制输入调整模块以及反步递推设计模块，其中：所述运动模型构建模块，用于在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型；所述阈值设定模块，用于设定随模型的控制输入变化而同步发生变化的相对阈值、以及固定阈值；所述控制输入调整模块，用于结合事件触发特性，通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹；所述反步递推设计模块，用于调整过程中，采用反步法递推设计出相应的虚拟控制律以及实际控制律，以使得模型趋近渐近稳定。10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中包括四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法程序，所述四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至8中任一项所述的方法的步骤。
技术总结
本申请实施例提供的一种四旋翼无人机故障容错控制器的设计方法及系统，该方法包括在考虑故障对转子产生影响的情况下，结合故障分布情况以及无人机的转子转速，构建用于反映无人机飞行状况的目标运动模型；设定随模型的控制输入变化而同步发生变化的相对阈值、以及固定阈值；结合事件触发特性，通过所述相对阈值、以及所述固定阈值调整模型的控制输入，以使得无人机的飞行轨迹趋近于预设的目标飞行轨迹；调整过程中，采用反步法递推设计出相应的虚拟控制律以及实际控制律，以使得模型趋近渐近稳定。该方法的实施能够保证四旋翼无人机多故障同时发生时的精确跟踪控制。同时发生时的精确跟踪控制。同时发生时的精确跟踪控制。
技术研发人员：李海铭 郑世祺
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：2022.08.15
技术公布日：2022/11/11