四旋翼無(wú)人飛行器自適應(yīng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、四旋翼無(wú)人飛行器由于具有可操作性強(qiáng)、方向控制靈活、受環(huán)境條件影響較小、能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降以及空中懸停、成本低等優(yōu)勢(shì)，目前已經(jīng)在偵查行動(dòng)、邊境巡邏、森林火災(zāi)探測(cè)、監(jiān)視和搜索救援任務(wù)等領(lǐng)域得到了許多的應(yīng)用。同時(shí)，由于四旋翼無(wú)人飛行器結(jié)構(gòu)上是欠驅(qū)動(dòng)的，且內(nèi)部耦合嚴(yán)重，非線性程度很強(qiáng)，因此在理論設(shè)計(jì)與分析方面得到了大量的研究。本文對(duì)四旋翼無(wú)人飛行器的控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，考慮了外界氣流變化、內(nèi)部參數(shù)不確定、執(zhí)行器發(fā)生失效故障情況下的四旋翼無(wú)人飛行

2、器軌跡跟蹤控制問(wèn)題，取得了如下的成果：
　　首先，對(duì)四旋翼無(wú)人飛行器的飛行原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為了避免歐拉奇異現(xiàn)象，本文采用基于單位四元數(shù)的姿態(tài)描述?？紤]系統(tǒng)的欠驅(qū)動(dòng)特性，將系統(tǒng)分解為位置欠驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)以及姿態(tài)全驅(qū)動(dòng)子系統(tǒng)。在位置控制時(shí)引入三維虛擬控制力對(duì)理想軌跡進(jìn)行跟蹤，同時(shí)提取出控制升力以及理想姿態(tài)，保證系統(tǒng)可以跟蹤三維軌跡；同時(shí)設(shè)計(jì)輸入力矩對(duì)理想姿態(tài)進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)姿態(tài)角的鎮(zhèn)定。
　　考慮到無(wú)人飛行器在飛行過(guò)程中所受外界

3、氣流變化等干擾，假設(shè)在慢時(shí)變干擾條件下，設(shè)計(jì)干擾觀測(cè)器對(duì)干擾進(jìn)行估計(jì)，可以證明觀測(cè)誤差指數(shù)收斂；之后利用所得到的觀測(cè)值設(shè)計(jì)滑?？刂破鳎玫娇刂粕σ约翱刂屏?，并對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，證明了閉環(huán)系統(tǒng)的漸進(jìn)穩(wěn)定性。
　　考慮到無(wú)人飛行器的負(fù)載經(jīng)常變化，在內(nèi)部物理參數(shù)不確定的情況下，設(shè)計(jì)自適應(yīng)律對(duì)未知參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，并利用估計(jì)值設(shè)計(jì)自適應(yīng)控制器，得到不依賴模型參數(shù)的控制升力以及控制力矩，并對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，證明了閉環(huán)系統(tǒng)一