考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無人機控制系統設計.pdf

1、四旋翼飛行器用途廣泛，成本低，效費比好，機動性能好，使用方便，在現代戰(zhàn)爭中有極其重要的作用，在民用領域更有廣闊的前景。四旋翼無人機技術近幾年發(fā)展迅速，控制技術也是研究熱點。PID控制、LQR控制、反饋線性化、反步法等控制方法層出不窮。由于物理上的限制和出于安全的需要，幾乎所有的控制系統都受到了執(zhí)行器飽和的限制。四旋翼無人機亦是如此，而且執(zhí)行器飽和對控制系統的整體穩(wěn)定性有著重要的影響。本文就考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無人機控制系統進行研究。<

2、br>　　為了避免約束力在方程中出現，用分析力學方法建立四旋翼無人機數學模型，從而在很大程度上克服了矢量力學所面臨的困難。該模型是具有四個輸入六個輸出的欠驅動多耦合非線性數學模型。將該系統分為四個通道分別進行控制，分別是高度方向、偏航方向、俯仰方向和橫滾方向。對于高度和偏航兩個通道，直接利用PD控制律進行控制。對俯仰和橫滾兩個通道，由于它們的模型具有典型的多積分器特征，本文設計了基于嵌套飽和非線性函數的控制律。
　　首先，基于線性

3、化模型的控制器設計。在將原非線性系統變換并且線性化處理后，該方法可以全局鎮(zhèn)定線性化后的系統，局部鎮(zhèn)定原非線性系統。在設計控制律的過程中，對允許的最大控制信號（即飽和值）都不作限制，可以自由選擇參數提高系統的動態(tài)性能。仿真結果顯示，原非線性系統在該控制律的作用下有較好的動態(tài)響應。
　　其次，考慮到上述方法對原系統做了線性化處理，只能保證在初始值比較小的情況下對原非線性系統有較好的控制效果。由此本文又提出了基于非線性模型的的控制方法，