基于反步法的微型四旋翼無人飛行器非線性自適應(yīng)控制研究.pdf

1、無人機(jī)通常指無人駕駛、可以自主飛行或遙控操作、利用空氣動力承載飛行并可回收重復(fù)使用的飛行器，主要包括固定翼式和旋翼式兩類。
　　 固定翼無人飛行器的技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在實(shí)際應(yīng)用中取得重大成功；和固定翼飛行器相比較，旋翼無人飛行器具有很多優(yōu)勢：比如能夠適應(yīng)各種環(huán)境；具備自主起飛和著陸能力，高度智能化：能以懸停、前飛、側(cè)飛和倒飛等各種姿態(tài)飛行；但是旋翼無人飛行器因動力學(xué)特性遠(yuǎn)比固定翼飛行器復(fù)雜，發(fā)展就相對緩慢得多。近年來，旋翼無人

2、機(jī)因其巨大的軍用和民用價(jià)值，迅速成為控制領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
　　 四旋翼無人飛行器是一種常見的旋翼飛行器，其模型具有高度非線性、狀態(tài)耦合、欠驅(qū)動等特點(diǎn)，飛行控制設(shè)計(jì)比較困難。本文的主要任務(wù)是在分析四旋翼無人飛行器動態(tài)特性的基礎(chǔ)上，采用反步法結(jié)合非線性自適應(yīng)控制進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)，使四旋翼飛行器保持穩(wěn)定的飛行狀態(tài)，并且位置輸出和偏航角能夠跟蹤期望軌跡；主要內(nèi)容如下：
　　 第一，本文對四旋翼無人飛行器進(jìn)行了建模；但是四旋翼無人

3、飛行器動力學(xué)特性復(fù)雜，空氣動力學(xué)系數(shù)容易變化，系統(tǒng)可能包含未知信息和噪聲，所以其動力學(xué)模型中存在不確定性；這使控制器的設(shè)計(jì)變的更加困難。
　　 第二，本文采用反步法和自適應(yīng)控制設(shè)計(jì)控制器，使四旋翼飛行器系統(tǒng)保持了穩(wěn)定。為了便于反步設(shè)計(jì)，本文把四旋翼模型劃分為四個(gè)子系統(tǒng)；第一個(gè)是欠驅(qū)動子系統(tǒng)，表示系統(tǒng)關(guān)于水平位置，滾動角和偏航角的動力學(xué)方程；第二個(gè)和第三個(gè)是全驅(qū)動子系統(tǒng)，表示系統(tǒng)關(guān)于偏航角和垂直位置的動力學(xué)方程；第四個(gè)子系統(tǒng)是關(guān)于

4、推進(jìn)力的動力學(xué)方程。在完成控制設(shè)計(jì)之后，本文利用基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的分析方法，證明了論文中提出的非線性自適應(yīng)控制能夠保證閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定，并在飛行器質(zhì)量參數(shù)未知條件下，實(shí)現(xiàn)了水平位置、垂直位置以及偏航角的漸近穩(wěn)定軌跡跟蹤。
　　 最后，本文用MATLAB對四旋翼無人飛行器控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真；仿真結(jié)果驗(yàn)證了使用反步法結(jié)合自適應(yīng)控制能夠使系統(tǒng)的位置輸出和偏航角追蹤期望軌跡，同時(shí)保持了滾動角和俯仰角的穩(wěn)定。
　　 本