基于非線性模型的無人直升機自適應姿態(tài)控制器.pdf

1、隨著技術(shù)的發(fā)展，無人直升機因為體積小、質(zhì)量輕、造價低、具有獨特的飛行特性等特點，在軍民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。應用范圍的擴大對無人直升機的姿態(tài)控制提出更高要求。傳統(tǒng)的線性控制方案采用線性模型設(shè)計線性姿態(tài)控制器。這類方案忽略了無人直升機的非線性和強耦合等本質(zhì)特征，因此只能在平衡點附近調(diào)節(jié)姿態(tài)。針對該問題，學者們嘗試采用非線性控制方法比如反饋線性化、滑模控制和反步控制，來設(shè)計無人直升機姿態(tài)控制器。這些非線性控制器克服了線性方案的不足，但

2、是它們結(jié)構(gòu)復雜，很難應用于實際系統(tǒng)。本課題旨在研究結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)的無人直升機非線性姿態(tài)控制方案，并開發(fā)一套無人直升機飛行控制系統(tǒng)。
　　首先本文采用姿態(tài)四元數(shù)設(shè)計了一種計算量小、易于實現(xiàn)的自適應姿態(tài)控制器，避免了上述各種控制方法的缺點，并且能在干擾力矩作用下消除姿態(tài)控制誤差、保持系統(tǒng)全局穩(wěn)定。根據(jù)響應速率差別，將無人直升機姿態(tài)控制器的設(shè)計化分為內(nèi)外環(huán)。內(nèi)環(huán)主旋翼揮舞控制器采用線性開環(huán)控制。外環(huán)姿態(tài)控制器引入動態(tài)的自適應控制補償

3、干擾力矩。然后應用李雅普諾夫理論對閉環(huán)系統(tǒng)的全局漸進穩(wěn)定性進行嚴格證明。最后進行仿真對比。結(jié)果表明自適應姿態(tài)控制器能在干擾力矩作用下消除穩(wěn)態(tài)誤差，保持系統(tǒng)全局漸進穩(wěn)定，實現(xiàn)精確的大幅度姿態(tài)調(diào)節(jié)。
　　其次，設(shè)計了一套無人直升機飛行控制系統(tǒng)以實現(xiàn)所提出的姿態(tài)控制器?？紤]到系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，該飛行控制系統(tǒng)設(shè)計為“機載上位機——機載下位機——地面站”的系統(tǒng)架構(gòu)方式。機載上位機采用“Wifi模塊+PC104 plus”嵌入式計算機，