四旋翼飛行器抗干擾控制算法設(shè)計(jì)研究.pdf

1、四旋翼飛行器是一種操作方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的旋翼類無(wú)人機(jī)。能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降、懸停飛行和短距低速飛行等任務(wù)，在軍用和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用前景。四旋翼飛行器具有非線性、強(qiáng)耦合、多變量、欠驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)，系統(tǒng)又易受外部干擾因素的影響進(jìn)而出現(xiàn)飛行穩(wěn)定性的問(wèn)題。如何改善系統(tǒng)的抗干擾能力、提高系統(tǒng)的魯棒性成為目前學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。針對(duì)這一現(xiàn)狀，本課題主要對(duì)四旋翼飛行器的抗干擾控制算法進(jìn)行了研究。
　　本文基于當(dāng)前四旋翼飛行器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，分析

2、其在實(shí)際飛行的過(guò)程中出現(xiàn)的穩(wěn)定性問(wèn)題，探究影響四旋翼飛行器穩(wěn)定飛行的干擾因素。在建立合理的四旋翼飛行器動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)比分析了經(jīng)典PID控制算法和反步法兩種基礎(chǔ)算法，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取反步法作為設(shè)計(jì)抗干擾控制算法的基礎(chǔ)算法。針對(duì)反步法不能有效的抑制干擾這一問(wèn)題，對(duì)反步法控制器進(jìn)行改進(jìn)。以反步法為基本的設(shè)計(jì)思想，引入新的控制算法和結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了增積分反步自適應(yīng)控制算法對(duì)位置進(jìn)行控制，反步魯棒自適應(yīng)控制算法對(duì)姿態(tài)進(jìn)行控制，所設(shè)計(jì)的干擾

3、自適應(yīng)律可以對(duì)外界擾動(dòng)在線估計(jì)并實(shí)時(shí)補(bǔ)償，自適應(yīng)魯棒函數(shù)能夠有效的抑制外界干擾對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。機(jī)體質(zhì)量不確定性也是影響四旋翼飛行器穩(wěn)定飛行的重要因素之一，本文在同時(shí)考慮z軸方向干擾和質(zhì)量變化率的情況下，對(duì)質(zhì)量估計(jì)值進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)并適當(dāng)補(bǔ)償。
　　在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型，分別在有擾和無(wú)擾的情況下，對(duì)所設(shè)計(jì)的抗干擾控制算法進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的控制器增強(qiáng)了飛行器對(duì)外界擾動(dòng)的抗干擾能力，提高了系統(tǒng)的控制