四旋翼無(wú)人機(jī)的容錯(cuò)控制方法研究.pdf

1、四旋翼無(wú)人機(jī)具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、成本低、隱蔽性較好的特點(diǎn)，適應(yīng)于多平臺(tái)、多空間環(huán)境。其飛行高度較低、機(jī)動(dòng)性很好，可以在較小的平臺(tái)上靈活起降，不需要彈射裝置和發(fā)射架等輔助裝置。基于它的諸多優(yōu)點(diǎn)，在軍事和民用領(lǐng)域都具有著十分廣闊的應(yīng)用前景。本文主要以四旋翼無(wú)人機(jī)為研究對(duì)象，建立了其數(shù)學(xué)模型、采用預(yù)測(cè)濾波方法進(jìn)行故障估計(jì)，最后設(shè)計(jì)了自適應(yīng)反步容錯(cuò)控制器。本文主要的研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，為了進(jìn)行飛行控制給出了慣性坐標(biāo)系和本體

2、坐標(biāo)系的定義，并建立了四旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；采用了牛頓-歐拉的方法得出四旋翼模型的剛體動(dòng)力學(xué)方程；具體分析了作用在四旋翼無(wú)人機(jī)上的力和力矩；最終根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)出四旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型完整表達(dá)式并得以簡(jiǎn)化。
　　其次，根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)了位置控制器和姿態(tài)控制器，通過(guò)這兩個(gè)控制器完成了對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的基準(zhǔn)控制；闡述非線性預(yù)測(cè)濾波的基本算法和一般步驟；使用非線性預(yù)測(cè)濾波的方法對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的故障進(jìn)行估計(jì)并

3、設(shè)計(jì)了主動(dòng)容錯(cuò)控制器。
　　最后，介紹了在非線性系統(tǒng)應(yīng)用廣泛的反步控制方法的基本理論及算法，根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)雙回路的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別設(shè)計(jì)了位置和姿態(tài)的反步控制器，并以四旋翼無(wú)人機(jī)的懸停、跟蹤兩組控制仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的基本反步控制器的有效性；以基本反步控制器為基準(zhǔn)，增加了可估計(jì)故障程度的自適應(yīng)律，設(shè)計(jì)了四旋翼無(wú)人機(jī)的自適應(yīng)反步容錯(cuò)控制器，并同樣以懸停、跟蹤兩組仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了自適應(yīng)反步法的適應(yīng)性及有效性。
　　結(jié)果表明，本文采用