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摘要：本发明公开了自适应观测器下的空中机器人系统滑模容错控制方法。考虑存在执行器失效故障和未知扰动的空中机器人系统，针对其扰动上界未知的问题，首先提出了一种自适应观测器，可以对故障损失效率进行有效估计，通过设计快速自适应故障估计方法实现对故障信息的快速估计及补偿。然后基于滑模控制，提出了改进的非奇异快速终端滑模控制，通过增加一个趋近律，使得滑模面能够快速收敛并抑制抖振。由于系统机械臂引起的扰动的上界是未知的，考虑在控制方法中加入一种能够抑制不确定扰动影响的自适应控制方案。本发明可用于一类具有执行器失效故障和上界未知扰动的空中机器人系统的容错控制实现问题。

主权项：1.自适应观测器下的空中机器人系统滑模容错控制方法，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：构造自适应故障观测器；步骤3：构造非奇异快速到达终端滑模面及快速趋近律；步骤4：设计容错控制器，根据李雅普诺夫稳定性理论，验证带有执行器失效故障、机械臂转动所致的扰动和外部扰动下的空中机器人在所设计的自适应故障观测器及容错控制器的作用下能够实现有限时间容错控制；步骤1的实现过程为：步骤1.1：利用牛顿-欧拉法和欧拉-拉格朗日方程，确定空中机器人的动力学模型如1所示： 其中，m是空中机器人的质量，x,y,z为空中机器人机体的重心坐标，g为重力加速度，φ为滚转角、θ为俯仰角、ψ为偏航角；空中机器人的控制输入u0,u4,u5,u6定义为：u0＝T1+T2+T3+T4，u4＝lT4-T2Ix，u5＝lT3-T1Iy，u6＝Ω4-Ω3+Ω2-Ω1Iz，其中Ti表示每个转子提供的升力，i＝1,2,3,4；Ωi表示每个螺旋桨产生的扭矩，i＝1,2,3,4；l为旋翼中心到空中机器人机体重心的长度，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1.2：确定带有执行器失效故障、机械臂转动所致的扰动以及外部扰动的空中机器人的动力学模型如2所示： 其中，τi表示因机械臂转动所致的扰动，i＝1,…,6；ρi为执行器失效故障因子且ρi∈[0,1]，i＝4,5,6；di表示外部扰动，i＝1,…,6；u1、u2、u3表示空中机器人的虚拟输入，具体表达式如下： 步骤1.3：针对执行器失效故障、机械臂转动所致的扰动以及外部扰动进行假设： 其中，Di，Λ，均为非负数；|·|表示绝对值，参数i表示索引值；步骤2的实现过程为：步骤2.1：首先将带有执行器失效故障、机械臂转动所致的扰动以及外部扰动的空中机器人的动力学模型即式2转化为状态方程： 其中，表示状态矩阵，B＝[O3×3I3×3]T表示输入矩阵，C＝I6×6表示输出矩阵，E＝I3×3为满效率矩阵，I为单位矩阵，O为零矩阵，是状态变量，ut＝[u4u5u6]T是控制输入，是输出，L＝B是扰动矩阵，εx,t＝[O1×3ΘTx,t]T是已知的非线性函数且参数ρ＝diag{ρ4ρ5ρ6}是执行器失效故障，dt＝[τ4+d4τ5+d5τ6+d6]T是扰动，包括机械臂转动所致的扰动以及外部扰动；步骤2.2：定义估计误差如6所示： 其中，ex为状态的估计误差，ey为输出的估计误差，ed为扰动的估计误差，为执行器失效故障的估计误差，为状态的观测值，为输出的观测值，为执行器失效故障的估计值，为扰动的估计值；步骤2.3：如果存在P＝PT＞0，Q＞0，ο＞0，χ＞0，那么辅助矩阵G由7得到： 其中，P、Q、ο、χ为观测器参数，H为增益矩阵，C＝I6×6表示输出矩阵；设计快速自适应故障估计方法如8所示： 其中，α为学习律，gi为G的第i行，i的取值为4，5，6；针对扰动的自适应律设计为： 其中，α0是自适应参数，α0＝σ|ed|+ν，σ、ν为观测器参数；为抑制抖振现象，设参数Δ＝0.001；步骤2.4：设计自适应故障观测器如10所示：

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