【摘要】：四旋翼無人機(jī)憑借能夠垂直起降、自主懸停和控制靈活等優(yōu)點(diǎn),獲得軍事和民用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而由于其工作環(huán)境復(fù)雜多變,四旋翼無人機(jī)在運(yùn)行過程中很容易發(fā)生故障,嚴(yán)重影響飛行品質(zhì),甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,因此對(duì)四旋翼無人機(jī)的容錯(cuò)控制問題的研究具有很重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要針對(duì)執(zhí)行器故障下四旋翼無人機(jī)的容錯(cuò)控制展開了深入研究。首先,簡單總結(jié)了容錯(cuò)控制在四旋翼無人機(jī)上的應(yīng)用,闡述了四旋翼無人機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和飛行原理,分析了執(zhí)行器故障類型及模型,并建立了四旋翼無人機(jī)六自由度動(dòng)力學(xué)模型。其次,針對(duì)執(zhí)行器乘性故障設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。建立了執(zhí)行器乘性故障下四旋翼無人機(jī)模型,針對(duì)此類故障,同時(shí)避免在初始誤差較大的情況下出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象,引入分?jǐn)?shù)階因子,設(shè)計(jì)自適應(yīng)分?jǐn)?shù)階滑�？刂破�(Adaptive Fractional Order Sliding Mode Controller,AFOSMC)。通過自適應(yīng)律實(shí)時(shí)估計(jì)執(zhí)行器故障對(duì)系統(tǒng)的影響,進(jìn)而調(diào)整控制器參數(shù),從而使系統(tǒng)在執(zhí)行器故障下依然能穩(wěn)定飛行。再次,針對(duì)執(zhí)行器加性故障設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器。建立執(zhí)行器加性故障下四旋翼無人機(jī)故障模型,針對(duì)執(zhí)行器加性故障設(shè)計(jì)了基于干擾觀測(cè)器的自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)。將執(zhí)行器故障、建模誤差、外界干擾等一并作為執(zhí)行器故障,通過有限時(shí)間干擾觀測(cè)器得到故障估計(jì)值,進(jìn)而完成自適應(yīng)控制器參數(shù)調(diào)整,保證執(zhí)行器加性故障下四旋翼無人機(jī)的跟蹤性能。最后,將兩種容錯(cuò)算法在Quanser UAV實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分別設(shè)計(jì)AFOSMC和基于觀測(cè)器的自適應(yīng)控制器,進(jìn)行定點(diǎn)懸停實(shí)驗(yàn),在懸停過程中分別為電機(jī)施加乘性故障與加性故障,驗(yàn)證算法的實(shí)用性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1
【圖文】：

；六旋翼、八旋翼結(jié)構(gòu)解決執(zhí)行器故障問題等。然而由于旋翼數(shù)量增加制難度、制作與維護(hù)成本大大增加。此外由于小型旋翼無人機(jī)機(jī)體空間增加額外的傳感器，因此小型旋翼無人機(jī)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的研究得到了更注。FTCS 需要具備自動(dòng)調(diào)節(jié)其功能失效的能力，在功能失效的情況下能總體穩(wěn)定性，因此也稱自我修復(fù)、再配置、重構(gòu)或自我設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)。TCS 就能實(shí)現(xiàn)元件故障情況下無人機(jī)飛行器的穩(wěn)定飛行，無需額外增加制造成本和維護(hù)成本，因此對(duì)四旋翼無人機(jī)的容錯(cuò)控制研究具有非常重義。四旋翼無人機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀微型多旋翼飛行器研究始于美國軍方無人機(jī)的項(xiàng)目，項(xiàng)目有兩個(gè)研究方價(jià)分布式協(xié)同搜尋控制技術(shù)和微型多旋翼飛行器。美國斯坦福大學(xué)的研研制了名為 Mesicopter 的微型多旋翼飛行器，如圖 1-3 所示。該飛行器體約等同一枚硬幣，由微電機(jī)驅(qū)動(dòng)直徑為 3mm 的微旋翼完成飛行。

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文商，該公司于 2010 年推出的 MD4-1000 四旋翼無人機(jī)是目前全球范圍內(nèi)最大型的旋翼無人機(jī)，在飛行時(shí)間、航程等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，取得巨大成功。如圖 1所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溺水人員，MD4-1000 無人機(jī)在水面上空快速飛向溺水者(在這個(gè)環(huán)節(jié)上，無人機(jī)比在水里游泳的救生員快得多)，當(dāng)飛至溺水者上空時(shí)，無人機(jī)向下投擲一個(gè)緊急救生漂浮裝備。溺水者會(huì)在本能驅(qū)使下抓住該漂浮設(shè)備，為水上救援爭取寶貴時(shí)間。

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文商，該公司于 2010 年推出的 MD4-1000 四旋翼無人機(jī)是目前全球范圍內(nèi)最大型的旋翼無人機(jī)，在飛行時(shí)間、航程等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，取得巨大成功。如圖 1所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溺水人員，MD4-1000 無人機(jī)在水面上空快速飛向溺水者(在這個(gè)環(huán)節(jié)上，無人機(jī)比在水里游泳的救生員快得多)，當(dāng)飛至溺水者上空時(shí)，無人機(jī)向下投擲一個(gè)緊急救生漂浮裝備。溺水者會(huì)在本能驅(qū)使下抓住該漂浮設(shè)備，為水上救援爭取寶貴時(shí)間。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 郝偉;鮮斌;;四旋翼無人機(jī)姿態(tài)系統(tǒng)的非線性容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)[J];控制理論與應(yīng)用;2015年11期

2 卜祥偉;吳曉燕;陳永興;白瑞陽;;基于非線性干擾觀測(cè)器的高超聲速飛行器滑模反演控制[J];控制理論與應(yīng)用;2014年11期

3 蒲明;吳慶憲;姜長生;程路;;高階滑模微分器的分析與改進(jìn)[J];控制與決策;2011年08期

4 王新華,陳增強(qiáng),袁著祉;全程快速非線性跟蹤-微分器[J];控制理論與應(yīng)用;2003年06期

本文編號(hào)：2801343