四旋翼無人飛行器非線性控制研究.pdf

1、四旋翼無人飛行器是一種典型的欠驅動系統(tǒng),所謂欠驅動特性是指在系統(tǒng)中控制輸入變量數(shù)目少于系統(tǒng)自由度數(shù)目,這種特性雖然可以有效降低系統(tǒng)的設計與制造難度,但是給系統(tǒng)的控制設計帶來了很大的挑戰(zhàn)。此外四旋翼無人飛行器動力學模型還具有非線性、強耦合以及靜不穩(wěn)定等特點,加之飛行器在飛行過程中容易受到非線性的空氣阻力、阻力矩以及陣風等不確定因素的影響,所以控制設計具有很大的難度。
　　四旋翼無人飛行器具有垂直起降、操作靈活以及精確懸停等特點,已經

2、被廣泛用于軍事以及民用等領域。但是操作四旋翼無人飛行器要求操縱人員具有豐富的遙控經驗,因此為保障四旋翼無人飛行器的飛行安全,提高飛行任務的效率,需要研究具有高精度和高可靠性的飛行控制策略。四旋翼無人飛行器位姿控制是利用飛行器在飛行過程中的實時位姿信號設計反饋控制器,使飛行器對預定的位置和姿態(tài)軌跡進行跟蹤,并且由于飛行器機載驅動器輸出功率的限制,控制輸出必須保持在合理的范圍以內。近年來,國內外許多科研人員對于四旋翼無人飛行器位姿控制進行了

3、廣泛研究,提出了多種控制策略,但是這些方法都存在一些不足,因此目前四旋翼無人飛行器位姿控制問題尚沒有得到完全的解決。
　　本文針對具有建模不確定性的四旋翼無人飛行器系統(tǒng)進行了深入研究,并設計了數(shù)種性能可靠的控制策略。針對四旋翼無人飛行器動力學模型中存在未知參數(shù)的情況,論文采用速度有界PID算法以及自適應控制算法設計了一種調節(jié)控制器,該控制器可以保證飛行器快速準確地調節(jié)至指定位置與航向。由于飛行器在飛行過程中容易受到陣風等外界擾動的

4、影響,論文利用非線性滑?？刂扑惴ㄅc自適應算法設計了一種自適應滑?？刂破?這種飛行控制器可以實現(xiàn)對四旋翼無人飛行器三個方向的位置與偏航角的跟蹤控制。論文采用反步法并結合非線性魯棒算法提出了一類光滑的非線性跟蹤控制算法,該算法可以有效消地除傳統(tǒng)滑?？刂破髦写嬖诘念澱駟栴}。由于四旋翼無人飛行器自身負載能力有限,無法攜帶高精度傳感器,論文針對無人飛行器位姿控制問題,采用單位四元數(shù)姿態(tài)描述方法,在部分飛行狀態(tài)不可測量的約束條件下,設計了一種輸出反