無人機非線性自抗擾控制方法研究.pdf

1、無人機是一種特殊的動力空中飛行器,其主要特征是“無飛行員”,這一特性使無人機在軍事領域中被譽為21世紀的“尖兵之翼”?，F(xiàn)代局部戰(zhàn)爭中,降低作戰(zhàn)代價的最優(yōu)選擇為減少、甚至是避免人員傷亡,無人機憑借突出的自身優(yōu)勢在武器裝備角逐中的地位逐漸攀升。為更好的適應信息化條件下戰(zhàn)爭的需要,提升無人機飛行控制性能已迫在眉睫,考慮到無人機是利用空氣動力克服自身重量進行自主飛行,飛行過程中不可避免的要受到各類干擾源的影響,若簡單地采用消除干擾誤差的線性方法

2、進行飛行控制律設計,顯然已不再適用,本課題從研究自抗擾控制方法(ADRC)的原理著手,提出采用該方法研究無人機飛行控制問題的策略。旨在改善利用非線性自抗擾控制技術改善無人機遭遇各樣干擾時,穩(wěn)定性和操縱性下降的問題。主要從以下幾方面開展了課題的研究工作:
　　首先,在了解無人機運動特性的基礎上,建立無人機飛行控制六自由度數(shù)學模型,并對非線性數(shù)學模型進行小擾動線性化簡化。在此基礎上,分析無人機縱向運動特性和橫側向運動特性,建立了無人機

3、縱向運動模型和橫側向運動模型,進而確立本文研究問題的關鍵環(huán)節(jié):設計具備理想的性能,同時還能有效的抑制干擾的合理的無人機數(shù)學模型,為后續(xù)研究工作奠定了基礎。
　　其次,深入的研究了自抗擾控制方法(ADRC),明確自抗擾控制器結構、功能及工作原理。應用Lyapunov方法證明了二階擴張狀態(tài)觀測器(ESO)的穩(wěn)定性,并明確了保持穩(wěn)定性的充要條件,通過進行誤差分析給出了不同參數(shù)下擴張狀態(tài)觀測器(ESO)誤差收斂的評價標準。給出了基于fal

4、函數(shù)反饋結構濾波的ESO設計方法和參數(shù)選取原則。
　　然后,針對無人機爬升/下滑階段,以無人機無傾斜無側滑飛行為基準運動,應用自抗擾控制策略設計了姿態(tài)角跟蹤回路并搭建了仿真平臺,通過設計控制律,尋求合理控制參數(shù),完成對無人機在氣流、陣風外干擾狀態(tài)俯仰姿態(tài)的控制,提出了一種基于ADRC控制和PI控制相結合的組合控制策略,通過分析仿真結果可見:自抗擾控制器(ADRC)無需針對被控對象的精確模型,也不用確定外擾的數(shù)學模型,即可以實現(xiàn)對無

5、人機俯仰角的快速、準確跟蹤,并獲得相對理想的動態(tài)性能,從而驗證了自抗擾控制器(ADRC)具有很強抗干擾能力和魯棒性。
　　最后,通過分析無人機縱向飛行運動特性,并根據(jù)自抗擾控制器(ADRC)的擴張狀態(tài)觀測器(ESO)能夠估計并補償系統(tǒng)的不確定因素的原理,在無人機縱向運動仿真平臺上,通過自抗擾控制器的擴張觀測器實現(xiàn)對縱向運動各回路運動的解耦,并進行了ADRC的參數(shù)整定,完成了控制律設計,在此基礎上,最終完成對無人機的縱向運動控制,通