基于反步法的四旋翼飛行器非線性控制.pdf

1、四旋翼飛行器屬于旋翼類無人機(jī)的一種，由于其具有可垂直起降、對(duì)外界環(huán)境要求低、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、操作方便等特點(diǎn)，在各軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域都倍受青睞，具有很高的使用價(jià)值。四旋翼飛行器自身具有耦合性、欠驅(qū)動(dòng)性、非線性等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)其穩(wěn)定飛行對(duì)于微處理器、傳感器、機(jī)械設(shè)計(jì)、導(dǎo)航算法、控制方法等各方面的技術(shù)都有較高的要求。因此，四旋翼飛行器的研究給上述技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展提供了一個(gè)便捷、有效的平臺(tái)，意義非常重大。
　　首先，在考慮氣動(dòng)干擾、陀螺力矩

2、干擾、陀螺安裝誤差角等因素的前提下，精確建立了四旋翼飛行器的六自由度動(dòng)力學(xué)方程。基于建立的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)四旋翼飛行器的耦合性、欠驅(qū)動(dòng)性等特點(diǎn)進(jìn)行了具體的分析?？紤]四旋翼飛行器實(shí)際應(yīng)用時(shí)的信號(hào)傳遞，并結(jié)合上面對(duì)其特性的分析，構(gòu)造了以姿態(tài)回路為內(nèi)回路、以位置回路為外回路的雙回路控制結(jié)構(gòu)和劃分為高度通道、偏航通道、俯仰通道、滾轉(zhuǎn)通道的四通道控制結(jié)構(gòu)。
　　其次，對(duì)反步法的主要思想、推導(dǎo)過程、應(yīng)用范圍及其控制器的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)、深入

3、的分析。在雙回路控制結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將反步法應(yīng)用到前面得到的四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型中，求解出相應(yīng)的位置控制器和姿態(tài)控制器。通過在定點(diǎn)懸停、跟蹤常值速度信號(hào)以及軌跡跟蹤三種情況下的仿真，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的控制器能夠使系統(tǒng)穩(wěn)定，但不能對(duì)外界干擾起到良好的抑制效果。
　　再次，針對(duì)上述控制器不能有效地抑制常值等形式的干擾，并在考慮系統(tǒng)響應(yīng)特性的基礎(chǔ)上，對(duì)上面得到的反步法控制器進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過大量的仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了所得控制器的合理性與有效性