發(fā)布時(shí)間：2020-04-07 12:18

【摘要】：在眾多類型的多旋翼無(wú)人機(jī)中,四旋翼和三旋翼無(wú)人機(jī)都屬于多旋翼小型無(wú)人飛行器,在民用和軍事等相關(guān)領(lǐng)域擁有廣闊的發(fā)展前景。但是目前多旋翼無(wú)人機(jī)的飛行控制技術(shù)依然面臨著諸多困難,例如作為一個(gè)多輸入、多輸出的欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),多旋翼無(wú)人機(jī)具有強(qiáng)耦合特性、非線性動(dòng)力學(xué)特性、系統(tǒng)建模不確定性以及外部氣流干擾等特點(diǎn),這使得多旋翼無(wú)人機(jī)的控制變得十分復(fù)雜。本文利用滑�？刂品椒ㄑ芯苛怂男砗腿頍o(wú)人機(jī)的姿態(tài)調(diào)節(jié)和方位跟蹤的控制問(wèn)題,主要內(nèi)容如下:1.針對(duì)一類四旋翼無(wú)人機(jī),研究了其姿態(tài)調(diào)節(jié)問(wèn)題。根據(jù)四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)角的非線性模型,設(shè)計(jì)了一種新型的基于Super-Twisting算法的非奇異終端滑�？刂破�,保證了四旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角跟蹤誤差能夠在有限時(shí)間內(nèi)收斂到零,提高了系統(tǒng)的收斂速度和抗干擾能力。最終利用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了該閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,2.針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的六自由度全狀態(tài)非線性模型,由于其模型的強(qiáng)耦合特性,本文將該系統(tǒng)分解為全驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)。針對(duì)全驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng),設(shè)計(jì)了一種基于Super-Twisting算法的非奇異終端滑模控制器,保證姿態(tài)角及方位量的跟蹤誤差在有限時(shí)間內(nèi)收斂到零。對(duì)欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng),通過(guò)坐標(biāo)變換重新建立欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)方程,并基于此動(dòng)態(tài)方程設(shè)計(jì)了一種滑模控制器,保證欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的姿態(tài)和方位跟蹤誤差漸近收斂到零。最后利用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明該閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.針對(duì)一類三旋翼無(wú)人機(jī),基于其機(jī)體結(jié)構(gòu)及飛行原理建立了全狀態(tài)非線性模型。本文將該系統(tǒng)分解為全驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)和欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)的關(guān)聯(lián),并提出了一種復(fù)合的滑模控制方法,解決了三旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角和方位量的調(diào)節(jié)和跟蹤控制問(wèn)題。最后利用Lyapunov穩(wěn)定性理論證明了該閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
【圖文】：

但已經(jīng)成功應(yīng)用于多旋翼無(wú)人機(jī)的控制設(shè)計(jì)中。圖1.1 給出了針對(duì)無(wú)人機(jī) PID 控制技術(shù)的一般性框圖。圖 1.1 旋翼機(jī) PID 控制法框圖Fig.1.1 Block diagram of PID controller applied to the quadrotor線性二次型調(diào)節(jié)器（LQR）最優(yōu)控制法廣泛實(shí)踐于無(wú)人機(jī)的控制中。Cowling等[9]將一種簡(jiǎn)單的路徑跟蹤 LQR 控制器應(yīng)用于無(wú)人機(jī)的全狀態(tài)模型，該控制器在存在風(fēng)力影響和外部干擾的情況下，無(wú)人機(jī)依然準(zhǔn)確追蹤理想路徑。在結(jié)合一類線性二次型觀測(cè)器（LQE）和卡爾曼濾波器后，，LQR 算法轉(zhuǎn)換成線性二次型高斯（LQG）算法，該算法適用于存在高斯噪聲和不完整狀態(tài)信息的系統(tǒng)。為了保持無(wú)人機(jī)在懸停模式下機(jī)身姿態(tài)的穩(wěn)定，文獻(xiàn)[10]提出了一種含有積分項(xiàng)的 LQG 算法。圖 1.2 給出了應(yīng)用于多旋翼無(wú)人機(jī)的 LQG 控制算法的原理框圖。

圖 1.2 旋翼機(jī) LQG 控制法框圖Fig.1.2 Block diagram of LQG controller applied to the quadrotor反步控制（Backstepping control）作為一種遞歸算法，其優(yōu)勢(shì)在于算法收斂速度快，需要的計(jì)算資源少。Madani 等[11]通過(guò) backstepping 算法穩(wěn)定了一個(gè)由欠驅(qū)動(dòng)，全驅(qū)動(dòng)和螺旋槳子系統(tǒng)組成的四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)，且該算法對(duì)無(wú)人機(jī)的方位和偏航角具有良好的跟蹤性。文獻(xiàn)[12]提出了一種結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和反步法的非線性自適應(yīng)控制器，其中反步法用于無(wú)人機(jī)平移位置和偏航角的跟蹤控制。文獻(xiàn)[13]應(yīng)用 backstepping 算法對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的姿態(tài)角進(jìn)行跟蹤控制。自適應(yīng)控制算法旨在適應(yīng)系統(tǒng)中參數(shù)的變化，其中參數(shù)可以是未知的或者隨時(shí)間發(fā)生變化。Diao 等在文獻(xiàn)[14]中采用一種連續(xù)的時(shí)變自適應(yīng)控制器，解決無(wú)人機(jī)模型中存在質(zhì)量不確定、慣性力矩以及氣動(dòng)阻尼系數(shù)未知等問(wèn)題。針對(duì)無(wú)人機(jī)重心發(fā)生動(dòng)態(tài)變化的問(wèn)題，Palunko 等[15]提出一種基于反饋線性化的
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 胡錦添;舒懷林;;基于PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的四旋翼飛行器控制算法研究[J];自動(dòng)化與信息工程;2015年01期

2 楊陽(yáng);崔金峰;余毅;;三旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)分析及建模[J];光學(xué)精密工程;2013年07期

3 夏青元;徐錦法;;三軸式無(wú)人旋翼飛行器及自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J];航空學(xué)報(bào);2013年03期

4 王紅雨;趙健康;郁文賢;田蔚風(fēng);;四旋翼飛行器建模及位置跟蹤控制(英文)[J];中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2012年04期

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6 肖永利,張琛;微型飛行器的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)[J];宇航學(xué)報(bào);2001年05期

本文編號(hào)：2617904