交通控制系統(tǒng)下的四旋翼無人機控制及通信技術研究.pdf

1、我國道路交通網(wǎng)絡的飛速發(fā)展和大規(guī)模機動車出行時空集中特征的日益突出，使得固定設備信息采集技術的缺點和不足更加顯現(xiàn)，從而促進以機動靈活為特點的無人機信息采集技術在交通控制領域的研究和應用。本文以交通控制系統(tǒng)中用于信息采集的四旋翼無人機為研究對象，設計了具有一定的魯棒能力的軌跡跟蹤控制器，實現(xiàn)無人機在外部干擾和特定類型故障下的有效跟蹤控制，保證信息采集的連續(xù)性和可靠性。此外，為實現(xiàn)任務數(shù)據(jù)和飛控數(shù)據(jù)的傳遞，本文還對無人機的通信系統(tǒng)進行有效設

2、計。具體內容如下：
　　首先介紹本課題的研究背景、來源、目的及意義，系統(tǒng)地闡述了交通控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史，介紹了當下交通控制系統(tǒng)信息采集的方式以及四旋翼無人機在交通信息采集中的特點和作用，總結了四旋翼無人機軌跡跟蹤控制和通信技術的研究現(xiàn)狀并給出本文的主要工作內容。
　　然后，給出四旋翼無人機的動力學模型和運動學模型，在模型中考慮了外界擾動（陣風等）對系統(tǒng)的影響，并將無人機動態(tài)系統(tǒng)劃分為全驅動子系統(tǒng)和欠驅動子系統(tǒng)兩部分。利用反步

3、控制和觀測器技術為四旋翼無人機設計了具有位置軌跡跟蹤能力的控制器，針對建模的外部干擾設計了非線性干擾觀測器以對其進行有效估計并利用估計值對上述在控制設計進行干擾補償。另外，還特別針對執(zhí)行器失效故障進行了控制器的容錯設計，實現(xiàn)了干擾/故障下對四旋翼無人機的有效控制。仿真結果表明，所設計的魯棒容錯控制算法可以有效實現(xiàn)干擾/執(zhí)行器故障下的跟蹤控制。
　　之后，提出了基于四旋翼無人機非線性模型的分層反步滑?？刂破?。在設計分層反步滑模控制器

4、時，首先依次為外環(huán)位置軌跡的跟蹤控制設計滑模面和虛擬控制量，直至得到能夠保證外層位置軌跡跟蹤的姿態(tài)角期望值；然后為內層姿態(tài)角子系統(tǒng)設計了常速趨近的滑模控制律，保證姿態(tài)角能夠快速跟蹤姿態(tài)角期望值。仿真結果表明所設計的分層反步滑模容錯控制算法可以有效應對模型不確定和外界擾動，實現(xiàn)干擾環(huán)境下四旋翼無人機的魯棒跟蹤控制。
　　最后，對交通控制系統(tǒng)下的四旋翼無人機通信系統(tǒng)的框架進行了頂層設計，規(guī)劃了通信系統(tǒng)中各個組成部分的職能分工以及相互間