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摘要：本发明公开了故障及扰动上界未知下的空中机器人滑模容错控制方法。考虑存在未知上界的执行器故障和机械臂旋转扰动的空中机器人系统，首先建立了动力学方程模型。针对传统终端滑模控制方法无法避免的奇异性问题，提出了一种非奇异快速终端滑模控制方法，使跟踪误差在有限时间内收敛。为了抑制滑模控制常见的抖振问题，针对滑模面设计了超扭矩方法。由于执行器故障及机械臂转动引起的扰动在执行任务时不可避免，且其上界未知，因此引入了自适应控制策略，能够对故障与扰动进行有效估计，在与超扭矩非奇异快速终端滑模控制方法相结合后，设计了滑模控制律。本发明可用于一类具有执行器故障和机械臂旋转扰动的空中机器人系统的容错控制实现问题。

主权项：1.故障及扰动上界未知下的空中机器人滑模容错控制方法，其特征在于：包括如下具体步骤：步骤1：确定空中机器人的动力学模型；步骤2：确定带有未知上界的执行器故障和机械臂旋转扰动的空中机器人的动力学模型；步骤3：构造超扭矩非奇异快速终端滑模；步骤4：为空中机器人设计自适应控制律，根据李雅普诺夫稳定性理论，证明空中机器人在面对带有上界未知的执行器故障与机械臂旋转扰动时在所设计的自适应控制律的作用下实现容错控制；步骤1的具体实现过程为：步骤1.1：建立地球坐标系OXYZ与机体坐标系OVXVYVZV，地球坐标系OXYZ与机体坐标系OVXVYVZV的转换关系如1所示： R代表了机体坐标系OVXVYVZV到地球坐标系OXYZ的变换矩阵： 其中，φ表示空中机器人的滚转角、θ表示空中机器人的俯仰角、ψ表示空中机器人的偏航角；步骤1.2：定义空中机器人的控制输入如2所示： 其中，l表示从旋翼中心到空中机器人重心位置的长度，Lii＝1,2,3,4表示空中机器人各个旋翼所提供的升力，c为力与扭矩的换算系数，u0,u4,u5,u6为空中机器人的控制输入，u0＝T1+T2+T3+T4，u4＝lT4-T2Ix，u5＝lT3-T1Iy，uψ＝Ω4-Ω3+Ω2-Ω1Iz，其中Tii＝1,2,3,4表示每个转子提供的升力，Ωii＝1,2,3,4表示每个螺旋桨产生的扭矩，Ix、Iy、Iz表示绕机体坐标轴转动的惯性矩，参数i表示索引值；步骤1.3：通过使用牛顿-欧拉法和欧拉-拉格朗日方程，得到空中机器人的动力学模型为： 其中，m为空中机器人的质量，x,y,z为空中机器人的机体重心在地球坐标系OXYZ的坐标，g为重力加速度，u1、u2、u3表示空中机器人的虚拟输入，具体表达式如下： 步骤2的具体实现过程为：步骤2.1：确定带有未知上界的执行器故障和机械臂旋转扰动的空中机器人的动力学模型如5所示： 其中，fii＝1,…,6为带有未知上界的执行器故障，dii＝1,…,6为带有未知上界的机械臂旋转扰动，参数i表示索引值；步骤2.2：针对执行器故障fi和机械臂旋转扰动di进行假设： 其中，Fi、Dii＝1,…,6均为未知正常数，|·|表示绝对值，参数i表示索引值；步骤3的具体实现过程为：步骤3.1：首先定义空中机器人跟踪误差eii＝1,…,6如7所示： 其中，[xdydzdφdθdψd]为跟踪的期望值，参数i表示索引值；步骤3.2：定义非奇异快速终端滑模面sni如8所示： 其中，λi、μi、hii＝1,…,6均为正常数，参数i表示索引值，sgn为符号函数；设计超扭矩滑模面sti如9所示： 其中，k1、k2均为正常数，t表示时间；步骤3.3：将式8与式9相结合，得到超扭矩非奇异快速终端滑模面si如10所示： 。

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