无模型自适应控制的鲁棒性及在四旋翼飞行器中的应用

发布时间：2020-05-04 19:02

【摘要】：四旋翼飞行器在各个领域有广泛的应用,具有重要的实际应用价值。四旋翼飞行器的控制系统是影响飞行品质的重要组成部分,针对四旋翼飞行器姿态调节的控制系统设计问题一直是研究的热点。本文以四旋翼飞行器这种结构复杂的多入多出非线性系统为研究对象,针对受扰情况下的四旋翼飞行器姿态调节的问题,以多入多出紧格式无模型自适应控制(Compact Form Dynamic Linearization Model-free Adaptive Control,CFDL-MFAC)算法为基础,设计了两种扰动抑制能力强的控制器,主要研究内容如下:(1)针对四旋翼飞行器系统,在研究了传统多入多出紧格式MFAC算法鲁棒性的基础上,对传统算法进行改进,提出了含抑制矩阵的改进MFAC算法(Restrained MFAC,RMFAC),并在理论上分析了改进算法的收敛性能。通过对四旋翼飞行控制器进行多组抗干扰的仿真实验说明,RMFAC控制器具有一定的抗干扰能力,且RMFAC控制器的鲁棒性比传统MFAC控制器的鲁棒性强。(2)为了进一步提高控制器抑制内部扰动的能力,将RMFAC控制器与自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术相结合,针对四旋翼飞行器设计出了一种ADRC-RMFAC飞行控制器。通过对飞行控制器进行多组抗干扰的仿真实验说明,ADRC-RMFAC控制器具有较强的干扰抑制能力,且ADRC-RMFAC控制器的鲁棒性强于传统MFAC控制器和ADRC控制器的鲁棒性。(3)以四旋翼飞行仿真器为平台,对传统MFAC控制器、ADRC控制器、RMFAC控制器和ADRC-RMFAC控制器进行了多组抗干扰的实时控制实验。在实验中,考虑了系统内部扰动和系统外部扰动的影响。实验结果表明,RMFAC控制器在实时控制中的干扰抑制能力比传统MFAC控制器的干扰抑制能力强;ADRC-RMFAC控制器在实时控制中的干扰抑制能力强于传统MFAC控制器和ADRC控制器的干扰抑制能力。
【图文】：

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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V249.1

【参考文献】

相关期刊论文 前2条

1 侯忠生;;无模型自适应控制的现状与展望[J];控制理论与应用;2006年04期

2 韩京清;从PID技术到“自抗扰控制”技术[J];控制工程;2002年03期

相关博士学位论文 前3条

1 许德智;复杂飞行器鲁棒容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 刁琛;四旋翼无人飞行器非线性控制研究[D];天津大学;2013年

3 卜旭辉;数据驱动无模型自适应控制与学习控制的鲁棒性问题研究[D];北京交通大学;2011年

相关硕士学位论文 前7条

1 崔道旺;四旋翼飞行器的鲁棒自适应控制研究[D];北京交通大学;2016年

2 郑健;基于无模型自适应控制方法的四旋翼飞行器姿态调整[D];北京交通大学;2015年

3 张康康;基于鲁棒自适应方法的四旋翼飞行器容错跟踪控制系统设计[D];东北大学;2014年

4 庞庆霈;四旋翼飞行器设计与稳定控制研究[D];中国科学技术大学;2011年

5 姜洋;四旋翼垂直起降机的鲁棒控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 刘焕晔;小型四旋翼飞行器飞行控制系统研究与设计[D];上海交通大学;2009年

7 聂博文;微小型四旋翼无人直升机建模及控制方法研究[D];国防科学技术大学;2006年

本文编号：2648853