四旋翼無人飛行器是一種能實現(xiàn)垂直起降的非同軸式多旋翼飛行器,由蝶形分布的四個獨立電機驅(qū)動系統(tǒng)作為飛行的動力源。由于具有結(jié)構(gòu)簡單、操控性強、靈活機動等諸多優(yōu)勢,四旋翼無人飛行器具有廣闊的發(fā)展前景。同時,四旋翼飛行器系統(tǒng)是一個多變量、非線性和強耦合的典型欠驅(qū)動系統(tǒng),在飛行控制方面存在著一定的挑戰(zhàn)性。因此,研究四旋翼飛行器控制方法不僅具有理論價值而且還具有應用價值。為了提高四旋翼飛行器的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能,國內(nèi)外的諸多學者都對該系統(tǒng)的控制方法做了深入的研究,其中,有限時間和固定時間控制技術(shù)是較為新穎的非線性控制方法,具有收斂速度快和抗擾動能力強的特點,可以有效的改善飛行器系統(tǒng)的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。本文首先介紹了四旋翼飛行器的研究現(xiàn)狀和有限時間/固定時間控制理論。針對四旋翼飛行器系統(tǒng)進行了簡單的建模分析,并針對此數(shù)學模型分別基于有限時間和固定時間控制技術(shù)研究了四旋翼飛行器的軌跡跟蹤控制問題。具體來說,基于反步法思想,可以將完整的飛行器控制系統(tǒng)設(shè)計過程分解為對飛行器位置控制器和姿態(tài)控制器的設(shè)計。基于有限時間控制的齊次系統(tǒng)理論,本文設(shè)計了相應的有限時間位置和姿態(tài)控制器,同時考慮到系統(tǒng)存在未知參數(shù)和外部擾動... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

幾類主要的無人機

合肥工業(yè)大學碩士學位論文 制器使得系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)一個漸近收斂的過程（經(jīng)過簡單計算，可以得出閉環(huán)系統(tǒng)是一個指數(shù)收斂的過程）。因此，有限時間控制/固定時間控制具有更好的收斂速度，其中固定時間控制的收斂時間更是可以的到人為的控制。為了驗證上述觀點的正確性，接下來給出了相應的數(shù)值仿真結(jié)果。在仿真的過程中，控制器的參數(shù)選取為 k =2, 1/2, 3/2。圖 1.2 (a) 是一階系統(tǒng)（1.5）在線性控制器（1.6）、有限時間控制器（1.7）和固定時間控制器（1.8）下的狀態(tài)響應對比曲線，其中系統(tǒng)的初始狀態(tài)為 x (0) 1。圖 1.2(b) 是一階系統(tǒng)（1.5）分別在三種控制器的作用下，當系統(tǒng)的初始狀態(tài)取不同值時的收斂時間曲線。從上述的仿真結(jié)果中可以驗證有限時間和固定時間控制方法有著比線性控制方法更快的收斂速度，同時，固定時間控制方法的收斂時間與系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)。

(a) (b)圖 1.3 存在外部擾動的一階系統(tǒng)（1.5）的狀態(tài)響應曲線：(a) 外部擾動 d 0.1cos( t 2)；(b) 外部擾動d cos(t 2)Fig 1.3 The state response curve of first-order system (1.5) with external disturbance: (a) The externaldisturbance d 0.1cos(t 2); (b) The external disturbance d cos(t 2)1.5 主要研究內(nèi)容本文主要針對四旋翼飛行器的飛行控制問題進行了討論和研究。具體而言，四旋翼飛行器的控制問題可以加以拆分為對其位置和姿態(tài)的控制問題，本文利用有限時間控制方法和固定時間控制方法進行四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)控制器設(shè)計以獲得更好的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)性能。同時，由于四旋翼飛行器的位置和姿態(tài)控制器設(shè)計過程是基于理想化的數(shù)學模型，而四旋翼飛行器在飛行的過程之中會同時受到難以測量的系統(tǒng)未知參數(shù)和不可避免的外部擾動的影響。為了進一步的提高四旋翼飛行器的魯棒性能，分別基于有限時間和固定時間控制方法實現(xiàn)了對不確定參數(shù)和外部擾動的精確快速的識別和觀測，而后對其進行了相應的補償。本文各部分的主要內(nèi)容如下：

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]四旋翼無人飛行器非線性控制研究[D]. 刁琛.天津大學 2013
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本文編號：3382681