四旋翼無人飛行器的穩(wěn)定跟蹤控制研究.pdf

1、四旋翼無人飛行器重量較輕、結(jié)構(gòu)簡單、機動靈活、安全性強，具有顯著的軍用和民用價值，如地面戰(zhàn)場的實時偵察和監(jiān)視、重大自然災(zāi)害之后的搜救、環(huán)境監(jiān)測與航空拍攝等。四旋翼無人飛行器是一種碟形旋翼飛行器，具有非線性、多變量、強耦合、不確定、外擾敏感等特點，在實際飛行中會受到多種物理效應(yīng)的作用和外部環(huán)境的干擾，是飛行器控制范疇內(nèi)的難點。完成四旋翼無人飛行器穩(wěn)定飛行控制，需要對其控制器設(shè)計開展相關(guān)研究。
　　考慮四旋翼飛行器的模型建立，本文采用

2、牛頓-歐拉公式和拉格朗日-歐拉方程分別進(jìn)行推導(dǎo)，并根據(jù)其姿態(tài)線性模型以及非線性模型設(shè)計控制器，主要工作如下：
　　(1)介紹四旋翼飛行器的飛行原理并進(jìn)行受力分析，對系統(tǒng)的非線性模型進(jìn)行推導(dǎo)。
　　(2)基于適當(dāng)簡化后的四旋翼系統(tǒng)模型，分別利用線性二次最優(yōu)控制（Linear Quadratic Regulator，LQR）和反步法（Backstepping），設(shè)計姿態(tài)控制器，并通過數(shù)值仿真和實驗進(jìn)行驗證。
　　(3)基于

3、四旋翼系統(tǒng)的非線性姿態(tài)模型，將姿態(tài)模型中的未建模動態(tài)和外部擾動視作系統(tǒng)總擾動，利用自抗擾控制技術(shù)（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）設(shè)計姿態(tài)控制器。仿真和實驗結(jié)果表明，自抗擾姿態(tài)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)角之間的解耦，并有一定的抗干擾作用。利用Lyapunov方法分析自抗擾姿態(tài)控制器中擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（Extended State Observer，ESO）的收斂性，并證明閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。