考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、四旋翼飛行器用途廣泛，成本低，效費(fèi)比好，機(jī)動(dòng)性能好，使用方便，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有極其重要的作用，在民用領(lǐng)域更有廣闊的前景。四旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)近幾年發(fā)展迅速，控制技術(shù)也是研究熱點(diǎn)。PID控制、LQR控制、反饋線性化、反步法等控制方法層出不窮。由于物理上的限制和出于安全的需要，幾乎所有的控制系統(tǒng)都受到了執(zhí)行器飽和的限制。四旋翼無(wú)人機(jī)亦是如此，而且執(zhí)行器飽和對(duì)控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性有著重要的影響。本文就考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。<

2、br>　　為了避免約束力在方程中出現(xiàn)，用分析力學(xué)方法建立四旋翼無(wú)人機(jī)數(shù)學(xué)模型，從而在很大程度上克服了矢量力學(xué)所面臨的困難。該模型是具有四個(gè)輸入六個(gè)輸出的欠驅(qū)動(dòng)多耦合非線性數(shù)學(xué)模型。將該系統(tǒng)分為四個(gè)通道分別進(jìn)行控制，分別是高度方向、偏航方向、俯仰方向和橫滾方向。對(duì)于高度和偏航兩個(gè)通道，直接利用PD控制律進(jìn)行控制。對(duì)俯仰和橫滾兩個(gè)通道，由于它們的模型具有典型的多積分器特征，本文設(shè)計(jì)了基于嵌套飽和非線性函數(shù)的控制律。
　　首先，基于線性

3、化模型的控制器設(shè)計(jì)。在將原非線性系統(tǒng)變換并且線性化處理后，該方法可以全局鎮(zhèn)定線性化后的系統(tǒng)，局部鎮(zhèn)定原非線性系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)控制律的過(guò)程中，對(duì)允許的最大控制信號(hào)（即飽和值）都不作限制，可以自由選擇參數(shù)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。仿真結(jié)果顯示，原非線性系統(tǒng)在該控制律的作用下有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。
　　其次，考慮到上述方法對(duì)原系統(tǒng)做了線性化處理，只能保證在初始值比較小的情況下對(duì)原非線性系統(tǒng)有較好的控制效果。由此本文又提出了基于非線性模型的的控制方法，