六旋翼飛行器姿態(tài)及航徑跟蹤控制研究.pdf

1、多旋翼無(wú)人飛行器具有垂直起降、操作靈活以及精確懸停等特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛用于軍事以及民用等領(lǐng)域。本文內(nèi)容主要圍繞六旋翼飛行器的姿態(tài)控制和航跡跟蹤控制問(wèn)題展開(kāi)。首先對(duì)無(wú)人機(jī)和多旋翼飛行器的發(fā)展歷程和主要應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了梳理，并列舉了當(dāng)前多旋翼飛行器相關(guān)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，討論了針對(duì)多旋翼的幾種常用控制方法的基本思路和優(yōu)缺點(diǎn)。
　　其次，本文對(duì)六旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了分析，通過(guò)合理簡(jiǎn)化得到了六旋翼飛行器系統(tǒng)各模塊的數(shù)學(xué)模型，并利用有關(guān)動(dòng)力

2、學(xué)知識(shí)建立了六旋翼飛行器的平移動(dòng)方程和姿態(tài)角運(yùn)動(dòng)方程。利用MATLAB/Simulink工具搭建了此飛行器的數(shù)值仿真平臺(tái)。
　　針對(duì)所研究的六旋翼飛行器設(shè)計(jì)了基于內(nèi)外環(huán)的PID控制器，基本滿足了飛行器的位置和姿態(tài)控制要求。同時(shí)，考慮六旋翼飛行器的欠驅(qū)動(dòng)特性，設(shè)計(jì)了基于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的滑?？刂破?，針對(duì)滑?？刂破鳂?gòu)造李雅普諾夫函數(shù)進(jìn)行了穩(wěn)定性證明。對(duì)PID控制器和滑?？刂破鞣謩e在無(wú)風(fēng)干擾和有陣風(fēng)干擾下進(jìn)行了定點(diǎn)懸停的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)比兩種

3、控制器的數(shù)值仿真結(jié)果，表明了基于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的滑?？刂破黜憫?yīng)時(shí)間更快，且魯棒性更高，控制性能更好。
　　最后本文研究了六旋翼飛行器的航跡跟蹤控制問(wèn)題，考慮到六旋翼無(wú)人機(jī)的未建模動(dòng)態(tài)和未知外部擾動(dòng)等系統(tǒng)不確定性影響，設(shè)計(jì)了基于姿態(tài)自抗擾的航跡跟蹤控制器，然后在飛行器受慢時(shí)變干擾以及質(zhì)量參數(shù)變化的情況下對(duì)PID控制器和自抗擾控制器進(jìn)行了軌跡跟蹤的仿真實(shí)驗(yàn)，仿真結(jié)果對(duì)比表明：所設(shè)計(jì)的自適應(yīng)與自抗擾控制器相結(jié)合的控制結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了更優(yōu)越的性能