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龍圖騰網獲悉哈爾濱工業大學人工智能研究院有限公司申請的專利一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法獲國家發明授權專利權，本發明授權專利權由國家知識產權局授予，授權公告號為：CN114815866B 。

龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-05-13發布的發明授權授權公告中獲悉：該發明授權的專利申請號/專利號為：202210387701.X，技術領域涉及：G05D1/495；該發明授權一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法是由張立憲;梁野;蔡博;翁睿;朱益民;楊嘉楠設計研發完成，并于2022-04-14向國家知識產權局提交的專利申請。

本一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法在說明書摘要公布了：本發明公開了無人機自動控制技術領域的一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法，利用切換系統對目標暫失現象建模，基于狀態反饋這一低算力的控制器設計思路，根據實際跟蹤誤差實時調整控制器增益以保證所建立的切換跟蹤系統的穩定性，其增益調整計算過程在無人機機載計算單元中進行；其中，無人機采用位置環?姿態環的雙環控制框架，建立的切換系統根據目標是否可測分為不可測子系統和可測子系統，能夠實現目標暫失情況下的無人機目標跟蹤控制，在跟蹤過程中自動調整控制器增益從而保證跟蹤系統的穩定性，提高暫失目標情況下的跟蹤性能。

本發明授權一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法在權利要求書中公布了：1.一種具有穩定性保證的暫失目標無人機切換控制方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：初始化及跟蹤坐標系建立；S2：目標可測情況下無人機位置控制；所述步驟S2具體為：根據步驟S1解算得到參考信號，在跟蹤坐標系下計算無人機當前的跟蹤誤差，從而計算并記錄跟蹤系統能量；將無人機當前的位置跟蹤誤差帶入位置環的狀態反饋控制器中，得到所需控制輸入以及姿態環的期望值，進而獲得姿態環的控制輸入；最終，實現無人機在目標可測情況下的位置控制，即可測子系統控制；其中無人機采用位置環和姿態環的雙環控制方案，無人機動力學模型為 其中u1～u4為控制輸入，可由無人機電機轉速調整實現；x、y、z、θ、φ、ψ分別為對應坐標軸的水平位置與繞坐標軸旋轉的姿態角，其參考信號分別用xd、yd、zd、θd、φd、ψd表示，在控制器設計與穩定性分析階段，根據小角度定理可知，狀態z、θ、φ、ψ可由u1～u4直接控制，狀態x、y則需通過改變θ、φ的大小進行控制；采用雙環控制方案可以將無人機的控制環具體分為姿態內環及位置外環，由外環位置誤差確定內環姿態期望角度作為虛擬控制輸入；對于內環姿態控制器，為保證其快速響應能力，采用有限時間滑模控制方法；以姿態θ為例，設計滑模面為其中eθ＝θ-θd，α、β、p、q均是正實數且p＜q，滑模面關于時間的導數可以計算為 根據滑模條件可設計等價控制器為 結合滑模控制中常用的趨近律，最終設計的基于有限時間滑模控制方法的姿態控制器為u2＝uθ,eq-Ksgnsθ4其中K為正實數，姿態控制器u3、u4的設計與u2相同；在位置控制方面，利用比例-微分控制進行控制器設計，具體為：首先設計高度控制器為其中：kvz、kpz為正實數，當高度達到穩態時u1恒為1；至此，無人機的4個控制輸入設計完畢，對于欠驅動狀態x和y，利用比例-微分控制思路設計虛擬控制輸入 其中kvx，kpx，kvy，kpy均為正實數，從而通過無人機姿態的調整間接實現其位置控制；S3：目標不可測情況下的增益確定；所述步驟S3具體為：根據步驟S2所記錄的目標可測子系統能量初值，以保證相鄰目標不可測子系統運行結束時系統能量小于當前可測子系統能量初值為目標，即保證每個切換階段的穩定性，進行不可測子系統的控制器增益計算，選取能夠保證無人機具有較大加速度的控制器增益記錄備用；判斷可測子系統運行時間是否超過給定的最小可測時間，一旦未達到給定的最小可測時間，視為無人機追蹤過程中目標可測情況極差，需要人為介入控制；當目標不可測時，將利用預測器對目標狀態進行預測，根據預測的目標位置獲得預測的參考信號，記為此時，式5將轉化為 定義系統誤差為ex-xd[x-xdvx-vxdy-ydvy-vyd]T，根據5、6可以基于切換系統框架建立無人機在x、y方向的閉環控制系統為 其中A、A′分別由5、6中的控制器增益構成，M由預測誤差與控制器增益組成，是造成系統不穩定的原因，構造跟蹤系統能量函數V＝0.5eTe，將可測子系統與不可測子系統的能量函數分別用Vt，V′t表示，有確定M的上界，則獲得誤差系數δ使得eTM≤δ||e||，那么跟蹤系統能量函數滿足如下不等式 其中，λ、λ′分別為系統矩陣A、A′的最大特征值；根據切換系統的穩定性判據，定義一個相鄰的可測子系統和不可測子系統為一個切換階段，求解令切換跟蹤系統在一個切換階段內能量下降的條件為 可知，當控制器增益滿足9時，在當前切換階段系統是能量下降的；其中，切換階段能量初值V0由步驟S2確定，可以看出，對于任意的λ、λ′，隨著切換階段的不斷推進，切換階段初值將等于終值；那么，切換系統將是最終有界的，其最終界可由下式確定 顯然，只要切換階段能量初值大于系統最終界，那么切換系統在當前切換階段的收斂就可以得到保證，即令 可以保證系統的動態過程的收斂；注意，此處也可令等式右邊乘以一個衰減系數，使得收斂更快；在此步驟選取滿足11的最大控制器增益，可以保證在目標相距較遠時，即能量初值較大時，無人機具有較大加速度，使得其能夠快速接近目標；S4：目標不可測情況下位置控制；S5：跟蹤過程中的控制器增益更新；需要說明的是，上述步驟均在機載計算單元內實現，目標可測情況由無人機加載的傳感器及測量算法判斷，其余所有計算均為數值運算，保證了小計算量的無人機目標暫失情況下的跟蹤控制。

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