基于自抗擾技術(shù)的四旋翼飛行器控制.pdf

1、四旋翼飛行器是一種具有六個自由度且能夠?qū)崿F(xiàn)垂直起降的旋翼無人機，它以其低成本、獨特的結(jié)構(gòu)機制和特殊的飛行方式等特點在軍事和民用等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。同時四旋翼飛行器由于其多變量、非線性、強耦合和欠驅(qū)動的系統(tǒng)特性吸引了廣大研究愛好者的關(guān)注。本文在綜述了四旋翼飛行器研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，根據(jù)其運動學(xué)和動力學(xué)特性建立了數(shù)學(xué)模型，對四旋翼飛行器的控制算法進(jìn)行了研究，將為其設(shè)計的控制器用于飛行器系統(tǒng)，并通過仿真和實物實驗對本文研究的控制算法進(jìn)行了驗

2、證和分析，提高了系統(tǒng)的魯棒性和快速性。本文研究的主要內(nèi)容包含以下幾個方面:
　　(1)在調(diào)研了國內(nèi)外對四旋翼飛行器發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，針對飛行器的動力學(xué)特性，根據(jù)牛頓第二定律和合外力矩定理推出系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上基于實驗飛行條件合理簡化了飛行器的數(shù)學(xué)模型。
　　(2)利用為四旋翼飛行器所建的數(shù)學(xué)模型，基于自抗擾技術(shù)為四旋翼飛行器設(shè)計了自抗擾控制器(ADRC)。首先對ADRC的組成結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，給出了整個飛行器自抗擾控

3、制器的結(jié)構(gòu)圖，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)ADRC的原理為飛行器六個通道分別設(shè)計了ADRC控制器，最后將設(shè)計的控制器進(jìn)行了仿真實驗。仿真結(jié)果表明，設(shè)計的控制器能夠滿足系統(tǒng)快速性和魯棒性的要求，驗證了所設(shè)計控制器的有效性。
　　(3)考慮ADRC參數(shù)繁多且難以整定的問題，提出將線性自抗擾控器(LADRC)和模糊-自抗擾控制器(Fuzzy-ADRC)應(yīng)用于飛行器系統(tǒng)。同時，為了把本文研究的控制算法與傳統(tǒng)成熟的反步自適應(yīng)控制算法進(jìn)行對比，利用反步

4、自適應(yīng)為飛行器設(shè)計了控制器并做了簡單的仿真對比試驗?？刂破髟O(shè)計過程和仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的LADRC控制器中參數(shù)整定容易且只有一個可調(diào)節(jié)的參數(shù)，驗證了設(shè)計的控制器的合理性和有效性。
　　(4)為了驗證為四旋翼飛行器設(shè)計的LADRC控制器的有效性和實用性，在實驗室現(xiàn)有的Qball2實物平臺上進(jìn)行了實時控制實驗。重點實現(xiàn)了四旋翼飛行器的定點懸停和定點飛行實驗。實驗結(jié)果表明，本文設(shè)計的LADRC可以有效減少飛行器位置和姿態(tài)角的超調(diào)量以及