四旋翼無人機的容錯控制算法研究.pdf

1、四旋翼無人機以其簡單的結構與低廉的制造成本，并且可以應用到各種復雜的環(huán)境中完成復雜的任務，在軍事領域和民用領域均具有廣泛的應用，如地面戰(zhàn)場的偵察監(jiān)視，環(huán)境監(jiān)測，地質勘探等。所以，當前對于四旋翼無人機的研究越來越多。在設計控制系統(tǒng)的過程中，必須要考慮到系統(tǒng)的容錯能力，這可以保證系統(tǒng)在運行過程中的穩(wěn)定性。本文的主要目的是設計被動容錯控制系統(tǒng)，使得四旋翼無人機系統(tǒng)在執(zhí)行器發(fā)生部分故障損失時，也能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要研究內容與工作可概括如下

2、:
　　(1)四旋翼無人機的飛行原理的描述，從整體上對系統(tǒng)進行分析，利用牛頓運動定律和歐拉動力學方程推導出了四旋翼無人機的數(shù)學模型，得到了空間位置方程和三個姿態(tài)角的方程。
　　(2)對帶有系統(tǒng)不確定性的系統(tǒng)進行研究。首先，將推導出來的數(shù)學模型進行簡化，得到線性化的模型。其次，根據(jù)Lyapunov的方法設計出了高度控制律和三個歐拉角度的控制律，并且在Simulink環(huán)境下構建出了高度控制器模型與三個歐拉角度控制器模型。最后，對

3、控制器的增益進行調節(jié)，分別對正常系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)進行仿真實驗。根據(jù)得到的實驗數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析結果得到一組控制效果最好的控制器增益，使得不確定性系統(tǒng)也能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(3)設計了基于Lyapunov穩(wěn)定性的四旋翼無人機的被動容錯控制系統(tǒng)，并且構建出了基于Simulink的被動容錯控制系統(tǒng)的模型。通過選取矩陣(P)APA-1相乘的這種形式，用來表示執(zhí)行器發(fā)生各種故障的情況。然后設計了故障處理環(huán)節(jié)對故障進行處理，使得系統(tǒng)能