四旋翼無人機自抗擾控制系統(tǒng)設計.pdf

1、飛行控制技術是四旋翼無人機的核心技術，其設計水平的高低直接決定了四旋翼無人機操控性能的優(yōu)劣。本文針對四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)展開研究，旨在設計一種控制性能優(yōu)越的飛行控制系統(tǒng)。
　　首先基于牛頓-歐拉方法推導了四旋翼無人機動力學模型，該模型除具有復雜的非線性特征外，還具有欠驅(qū)動、強耦合、易受外部擾動干擾等動力學特性。上述動力學特性增加了四旋翼無人機飛行控制系統(tǒng)設計的難度。
　　在忽略各通道間耦合作用的情況下，采用PID控制設計

2、了飛行控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了四旋翼無人機的穩(wěn)定飛行控制。仿真結(jié)果表明，盡管PID控制基本能夠?qū)崿F(xiàn)四旋翼無人機的穩(wěn)定控制，但在考慮各通道耦合及外界干擾的情況下，控制性能顯著降低，無法實現(xiàn)高效、高精度控制。
　　為解決姿態(tài)各通道間的耦合和控制器抗干擾能力差的問題，利用線性自抗擾控制理論設計了姿態(tài)解耦控制器和高度控制器。對姿態(tài)動力學方程進行分析處理，把姿態(tài)耦合形式劃分為“靜態(tài)耦合”和“動態(tài)耦合”。對于“靜態(tài)耦合”，通過引入虛擬控制量消除耦合作

3、用的影響；對于“動態(tài)耦合”，將其看作系統(tǒng)的內(nèi)部擾動，利用線性擴張狀態(tài)觀測器進行實時估計，并在控制律中給予補償。利用該觀測器同時能夠?qū)ν獠繑_動進行觀測和補償。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)通道間的解耦控制，并且能夠很好地消除外界干擾對系統(tǒng)造成的影響。
　　為進一步提升四旋翼無人機的飛行品質(zhì)，采用非線性自抗擾控制理論設計了控制器。非線性自抗擾控制器采用非線性擴張狀態(tài)觀測器和非線性狀態(tài)反饋控制律，控制器的解耦能力和抗擾能力顯著增強，控