非匹配擾動下小型無人直升機(jī)魯棒飛行控制算法研究.pdf

1、小型無人直升機(jī)具有獨特的垂直起降、空中懸停、機(jī)動飛行等特點，因此在軍事和民用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而，小型無人直升機(jī)在飛行過程中會受到陣風(fēng)和模型不確定性等復(fù)合擾動影響，其擾動又可分為匹配擾動和非匹配擾動兩種類型，而對非匹配擾動的抑制相對比較困難。因此，設(shè)計高性能的小型無人直升機(jī)自主飛行控制是目前學(xué)術(shù)界的研究熱點之一。
　　針對小型無人直升機(jī)的以上特點，本文主要對小型無人直升機(jī)的魯棒飛行控制算法進(jìn)行研究，并提出了幾種基于擾動

2、觀測器的高性能飛行控制算法。具體而言，本文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　　1、參考小型無人直升機(jī)建模方面已有的研究成果，詳細(xì)闡述了小型無人直升機(jī)的非線性模型。通過分別討論機(jī)體運動學(xué)特性、機(jī)體動力學(xué)特性以及主旋翼系統(tǒng)的揮舞動力學(xué)特性，建立了小型無人直升機(jī)的完整非線性模型。并通過深入分析其受到的作用力和力矩，合理簡化了小型無人直升機(jī)模型，為有效地研究控制器奠定基礎(chǔ)。
　　2、在小型無人直升機(jī)線性化動態(tài)模型的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)-

3、外環(huán)的雙環(huán)控制策略設(shè)計飛行控制器。針對內(nèi)環(huán)速度模型受到非匹配擾動影響，提出了一種模型重構(gòu)方法，將初始非匹配擾動轉(zhuǎn)換為匹配主部和非匹配副部，并通過前饋補(bǔ)償匹配主部，采用H-方法抑制補(bǔ)償誤差和非匹配副部。外環(huán)位置控制器采用動態(tài)逆設(shè)計方法。數(shù)值仿真結(jié)果表明飛行控制器具有良好的控制性能，并對模型不確定性和外界擾動具有很好的魯棒性。
　　3、針對小型無人直升機(jī)系統(tǒng)同時受到匹配擾動和非匹配擾動影響，并考慮到傳統(tǒng)滑?？刂品椒ㄖ粚ζヅ鋽_動具備魯棒

4、性，卻對非匹配擾動敏感的缺點，設(shè)計了一種基于非線性擾動觀測器的新型全局滑?？刂品椒āＭㄟ^近似輸入-輸出反饋線性化方法實現(xiàn)小型無人直升機(jī)系統(tǒng)的解耦；進(jìn)而構(gòu)建帶有非匹配擾動信息的新型全局滑模面，提出了一種新型滑?？刂破?；基于李雅普諾夫定理證明了新型全局滑模控制方法對非匹配擾動具有很好的魯棒性；并通過數(shù)值仿真驗證了新型全局滑?？刂破鞅葌鹘y(tǒng)滑模控制器具有更優(yōu)越的控制性能。
　　4、多變量Super-twisting算法作為一種二階滑模算法

5、，能夠有效地抑制甚至消除一階滑模算法中的抖振現(xiàn)象。但是，現(xiàn)有的多變量Super-twisting算法，控制參數(shù)較多，且對直升機(jī)擾動的適應(yīng)性較差，難以在小型無人直升機(jī)的控制器中實現(xiàn)。為此，推導(dǎo)出了一種更適用于小型無人直升機(jī)控制的改進(jìn)多變量Super-twisting算法。利用反步方法的系統(tǒng)化設(shè)計步驟構(gòu)建飛行控制器的基本結(jié)構(gòu)，解決小型無人直升機(jī)的欠驅(qū)動問題；基于改進(jìn)的多變量Super-twisting算法設(shè)計擾動觀測器估計系統(tǒng)擾動，并進(jìn)行前