四旋翼飛行器自抗擾控制方法研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一種非共軸式碟形飛行器，由于其結(jié)構(gòu)簡單、機(jī)動(dòng)性能好、制造成本低廉，被廣泛應(yīng)用于監(jiān)視、偵察等民用和軍用領(lǐng)域。為保證四旋翼飛行器能有效完成指定任務(wù)，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。本文采用串級(jí)PID控制和自抗擾控制兩種方法對四旋翼飛行器控制問題進(jìn)行了研究。
　　本文在分析四旋翼飛行器工作原理和動(dòng)力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，基于牛頓-歐拉方程建立其動(dòng)力學(xué)模型，并在MATLAB/Simulink環(huán)境下構(gòu)建四旋翼飛行器控制系統(tǒng)仿真平臺(tái)。針

2、對四旋翼飛行器系統(tǒng)的非線性、欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合、不確定性的特點(diǎn)，首先采用不依賴對象模型的PID控制技術(shù)設(shè)計(jì)了四旋翼飛行器控制系統(tǒng)。其姿態(tài)控制采用串級(jí)PID控制器，其中主回路對姿態(tài)角的角度進(jìn)行控制，副回路對角速度進(jìn)行控制。對該控制方法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，并在自主研發(fā)的四旋翼飛行器Smart-QR平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗(yàn)，仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都驗(yàn)證了串級(jí)PID控制系統(tǒng)的有效性。但由于在實(shí)際飛行過程中飛行器參數(shù)和外部環(huán)境會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，串級(jí)PID控制器

3、經(jīng)常需要重新整定參數(shù)以達(dá)到理想控制效果。
　　針對飛行器參數(shù)不確定性和外部干擾敏感的問題，本文提出一種基于自抗擾控制器的四旋翼飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。在為期望姿態(tài)和高度安排過渡過程的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了擴(kuò)張狀態(tài)觀測器，對內(nèi)擾和外擾進(jìn)行估計(jì)并實(shí)時(shí)補(bǔ)償，能夠很好地克服飛行器的強(qiáng)耦合性、模型不確定性和外部干擾的影響;為抑制跟蹤誤差，設(shè)計(jì)了非線性狀態(tài)誤差反饋控制律。在仿真平臺(tái)上對自抗擾控制系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定控制、姿態(tài)跟蹤、高度控制、抗擾性及魯棒性實(shí)驗(yàn)