四旋翼無(wú)人飛行器的穩(wěn)定跟蹤控制研究.pdf

1、四旋翼無(wú)人飛行器重量較輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活、安全性強(qiáng)，具有顯著的軍用和民用價(jià)值，如地面戰(zhàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)偵察和監(jiān)視、重大自然災(zāi)害之后的搜救、環(huán)境監(jiān)測(cè)與航空拍攝等。四旋翼無(wú)人飛行器是一種碟形旋翼飛行器，具有非線性、多變量、強(qiáng)耦合、不確定、外擾敏感等特點(diǎn)，在實(shí)際飛行中會(huì)受到多種物理效應(yīng)的作用和外部環(huán)境的干擾，是飛行器控制范疇內(nèi)的難點(diǎn)。完成四旋翼無(wú)人飛行器穩(wěn)定飛行控制，需要對(duì)其控制器設(shè)計(jì)開(kāi)展相關(guān)研究。
　　考慮四旋翼飛行器的模型建立，本文采用

2、牛頓-歐拉公式和拉格朗日-歐拉方程分別進(jìn)行推導(dǎo)，并根據(jù)其姿態(tài)線性模型以及非線性模型設(shè)計(jì)控制器，主要工作如下：
　　(1)介紹四旋翼飛行器的飛行原理并進(jìn)行受力分析，對(duì)系統(tǒng)的非線性模型進(jìn)行推導(dǎo)。
　　(2)基于適當(dāng)簡(jiǎn)化后的四旋翼系統(tǒng)模型，分別利用線性二次最優(yōu)控制（Linear Quadratic Regulator，LQR）和反步法（Backstepping），設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器，并通過(guò)數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　(3)基于

3、四旋翼系統(tǒng)的非線性姿態(tài)模型，將姿態(tài)模型中的未建模動(dòng)態(tài)和外部擾動(dòng)視作系統(tǒng)總擾動(dòng)，利用自抗擾控制技術(shù)（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）設(shè)計(jì)姿態(tài)控制器。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，自抗擾姿態(tài)控制器能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)角之間的解耦，并有一定的抗干擾作用。利用Lyapunov方法分析自抗擾姿態(tài)控制器中擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器（Extended State Observer，ESO）的收斂性，并證明閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。