四旋翼無人機(jī)的容錯(cuò)控制算法研究.pdf

1、四旋翼無人機(jī)以其簡單的結(jié)構(gòu)與低廉的制造成本，并且可以應(yīng)用到各種復(fù)雜的環(huán)境中完成復(fù)雜的任務(wù)，在軍事領(lǐng)域和民用領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用，如地面戰(zhàn)場的偵察監(jiān)視，環(huán)境監(jiān)測，地質(zhì)勘探等。所以，當(dāng)前對于四旋翼無人機(jī)的研究越來越多。在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的過程中，必須要考慮到系統(tǒng)的容錯(cuò)能力，這可以保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性。本文的主要目的是設(shè)計(jì)被動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)，使得四旋翼無人機(jī)系統(tǒng)在執(zhí)行器發(fā)生部分故障損失時(shí)，也能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容與工作可概括如下

2、:
　　(1)四旋翼無人機(jī)的飛行原理的描述，從整體上對系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和歐拉動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)出了四旋翼無人機(jī)的數(shù)學(xué)模型，得到了空間位置方程和三個(gè)姿態(tài)角的方程。
　　(2)對帶有系統(tǒng)不確定性的系統(tǒng)進(jìn)行研究。首先，將推導(dǎo)出來的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化，得到線性化的模型。其次，根據(jù)Lyapunov的方法設(shè)計(jì)出了高度控制律和三個(gè)歐拉角度的控制律，并且在Simulink環(huán)境下構(gòu)建出了高度控制器模型與三個(gè)歐拉角度控制器模型。最后，對

3、控制器的增益進(jìn)行調(diào)節(jié)，分別對正常系統(tǒng)和不確定性系統(tǒng)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。根據(jù)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)分析結(jié)果得到一組控制效果最好的控制器增益，使得不確定性系統(tǒng)也能夠保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　(3)設(shè)計(jì)了基于Lyapunov穩(wěn)定性的四旋翼無人機(jī)的被動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)，并且構(gòu)建出了基于Simulink的被動(dòng)容錯(cuò)控制系統(tǒng)的模型。通過選取矩陣(P)APA-1相乘的這種形式，用來表示執(zhí)行器發(fā)生各種故障的情況。然后設(shè)計(jì)了故障處理環(huán)節(jié)對故障進(jìn)行處理，使得系統(tǒng)能