基于擴張狀態(tài)觀測器的四旋翼飛行器控制技術(shù)研究.pdf

1、四旋翼飛行器憑借其體積小和機動性強等特點得到了廣泛的應用，其在飛行過程中將受到擾動因素的影響，因此增強系統(tǒng)的抗擾動能力對于四旋翼飛行器控制有著重要的意義?；？刂剖且种葡到y(tǒng)擾動的有效方式，傳統(tǒng)滑?？刂仆ㄟ^引入符號函數(shù)使系統(tǒng)狀態(tài)始終保持在滑模面上，實現(xiàn)了系統(tǒng)對于擾動的抑制。然而傳統(tǒng)滑?？刂浦写嬖诘亩墩瘳F(xiàn)象削弱了系統(tǒng)的控制性能，通過對系統(tǒng)中的擾動進行估計將有助于滑?？刂浦卸墩瘳F(xiàn)象的消除。
　　擴張狀態(tài)觀測器是對擾動進行估計的有效方式，

2、其通過將系統(tǒng)中總擾動作為擴張狀態(tài)進行估計，實現(xiàn)了對系統(tǒng)模型不確定性和外界擾動的估計。傳統(tǒng)擴張狀態(tài)觀測器多基于系統(tǒng)模型進行設(shè)計，當系統(tǒng)模型復雜時將增加基于系統(tǒng)模型的擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計的復雜性，且由于滑模控制中控制律的設(shè)計目標是使系統(tǒng)狀態(tài)收斂到滑模面上，因此若直接對經(jīng)切換函數(shù)重構(gòu)系統(tǒng)中的擾動進行估計將簡化擴張狀態(tài)觀測器的設(shè)計過程。為此本文提出基于切換函數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器，一方面將使擾動估計更加更直觀，另一方面當系統(tǒng)中含有非匹配不確定性時能夠

3、更加全面地估計擾動。
　　本文致力于研究四旋翼飛行器的干擾抑制控制問題，針對系統(tǒng)中存在的擾動提出了基于切換函數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計策略，并設(shè)計基于擴張狀態(tài)觀測器的滑?？刂破鱽硪种葡到y(tǒng)中的擾動且削弱系統(tǒng)中的抖振現(xiàn)象。為提高觀測器的估計精度，提出了高階廣義擴張狀態(tài)觀測器。具體工作包含以下幾個方面：
　?。?）針對四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)中存在的模型不確定性和外界擾動，提出基于切換函數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器對系統(tǒng)中存在的擾動進行估計，并

4、將擾動估計值與控制器的設(shè)計相結(jié)合，設(shè)計出基于擴張狀態(tài)觀測器的滑?？刂破鱽韺崿F(xiàn)姿態(tài)控制誤差的收斂。
　　（2）針對四旋翼飛行器軌跡跟蹤控制系統(tǒng)中含有的非匹配不確定性，設(shè)計擴張狀態(tài)觀測器對非匹配不確定性進行估計，并將估計值加入到切
　　換函數(shù)的設(shè)計中，使得當系統(tǒng)狀態(tài)收斂到滑模面后，系統(tǒng)的控制誤差收斂?；谇袚Q函數(shù)的擴張狀態(tài)觀測器來估計經(jīng)切換函數(shù)重構(gòu)后系統(tǒng)中的總擾動，并設(shè)計基于擴張狀態(tài)觀測器的滑?？刂破鱽韺崿F(xiàn)軌跡跟蹤誤差的收斂和對