四旋翼無人機(jī)自抗擾控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、飛行控制技術(shù)是四旋翼無人機(jī)的核心技術(shù)，其設(shè)計(jì)水平的高低直接決定了四旋翼無人機(jī)操控性能的優(yōu)劣。本文針對(duì)四旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)展開研究，旨在設(shè)計(jì)一種控制性能優(yōu)越的飛行控制系統(tǒng)。
　　首先基于牛頓-歐拉方法推導(dǎo)了四旋翼無人機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，該模型除具有復(fù)雜的非線性特征外，還具有欠驅(qū)動(dòng)、強(qiáng)耦合、易受外部擾動(dòng)干擾等動(dòng)力學(xué)特性。上述動(dòng)力學(xué)特性增加了四旋翼無人機(jī)飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度。
　　在忽略各通道間耦合作用的情況下，采用PID控制設(shè)計(jì)

2、了飛行控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了四旋翼無人機(jī)的穩(wěn)定飛行控制。仿真結(jié)果表明，盡管PID控制基本能夠?qū)崿F(xiàn)四旋翼無人機(jī)的穩(wěn)定控制，但在考慮各通道耦合及外界干擾的情況下，控制性能顯著降低，無法實(shí)現(xiàn)高效、高精度控制。
　　為解決姿態(tài)各通道間的耦合和控制器抗干擾能力差的問題，利用線性自抗擾控制理論設(shè)計(jì)了姿態(tài)解耦控制器和高度控制器。對(duì)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行分析處理，把姿態(tài)耦合形式劃分為“靜態(tài)耦合”和“動(dòng)態(tài)耦合”。對(duì)于“靜態(tài)耦合”，通過引入虛擬控制量消除耦合作

3、用的影響；對(duì)于“動(dòng)態(tài)耦合”，將其看作系統(tǒng)的內(nèi)部擾動(dòng)，利用線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，并在控制律中給予補(bǔ)償。利用該觀測(cè)器同時(shí)能夠?qū)ν獠繑_動(dòng)進(jìn)行觀測(cè)和補(bǔ)償。仿真結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)姿態(tài)通道間的解耦控制，并且能夠很好地消除外界干擾對(duì)系統(tǒng)造成的影響。
　　為進(jìn)一步提升四旋翼無人機(jī)的飛行品質(zhì)，采用非線性自抗擾控制理論設(shè)計(jì)了控制器。非線性自抗擾控制器采用非線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器和非線性狀態(tài)反饋控制律，控制器的解耦能力和抗擾能力顯著增強(qiáng)，控