四旋翼飞行器有限时间编队跟踪控制研究

发布时间：2021-07-31 07:18

　　四旋翼飞行器作为无人机研究领域内的重要分支之一,因其具有构造简单,机身轻巧,可操控性强等优点,被广泛的用于商业、航天、军事及科研领域。相比于单一四旋翼在实际应用中的局限性,采用多架四旋翼进行编队协作来共同执行任务是目前的主流趋势。因此,具有较高控制精度的四旋翼编队跟踪控制技术逐渐吸引了国内外学者们的广泛关注。四旋翼飞行器是一具有强耦合,非线性时变,静不稳定特性的复杂欠驱动系统,仅依赖于系统模型的传统控制方法无法满足当代控制性能的要求。因此,本文在模型建立的过程中,引入了外界干扰与模型不确定性等影响因素,采用了有限时间扰动观测器与具有有限时间收敛特性的控制方法设计了高精度,强鲁棒的四旋翼编队跟踪控制策略。首先,为了实现四旋翼编队的轨迹跟踪控制效果,本文采用了一种基于终端滑模扰动观测器的反推滑模编队跟踪控制策略,在传统反推法的基础上结合了有限时间滑模控制方法,使其具有有限时间收敛特性,控制效果较好。同时,终端滑模扰动观测器可以有效地估计干扰项并对其进行实时补偿,进而减小了外界扰动等干扰因素对于系统稳定性的影响。基于Lyapunov稳定性分析可得,系统可以实现有限时间稳定。仿真实验验证了所提... 

【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．１本文各章节之间关联图??Ｆｉｇ．?１．１?ｒｅｌｅｖａｎｃｅ?ｏｆ?ｅａｃｈ?ｃｈａｐｔｅｒｓ?ｉｎ?ｔｈｉｓ?ｐａｐｅｒ??

现稳定飞行的重要基矗本章首先由．Ｎｅｗｔｏｎ－Ｅｕｌｅｒ法建立了四旋翼的数??学模型。其次，基于领航者－跟随者的编队结构，建立了编队系统的运动学模型。最后，??介绍了一些相关引理，为后续章节的理论分析做准备。??２．１四旋翼飞行器的数学建模??四旋翼飞行器的机械结构主要由两支垂直相交的刚性支架、四个无刷直流电机、四??个螺旋桨、主控板、电池等构成。在刚性支架的两组顶点上固定着四个相同的电机，通??过电机的转动带动着桨叶旋转，将同一个支架两端的桨叶看成一组，其旋转方向是相同??的。从图２．１中可知，旋翼Ｍｌ与旋翼Ｍ３旋转方向一致，均为顺时针旋转，旋翼Ｍ２??与旋翼Ｍ４旋转方向一致，均为逆时针旋转。只需改变其旋转速度，即可得到垂直升降，??平动，横滚，俯仰，偏航六种运动状态。在这里，四个电机作为四旋翼的动力来源可以??提供所需要的力及力矩，进而实现其在空间中的多姿态运动。??（〇３?Ｍ３??（０＾?＾?＼？０；ｒ??爪ｇ?、、￥、２?Ｚｅ??、、、?个??、、、??图２．１四旋翼运动机理示意图??Ｆｉｇ．?２．１?ｍｏｔｉｏｎ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｑｕａｄｒｏｔｏｒ??四旋翼在三维空间内的运动主要是通过两个坐标系确定的。地理坐标系＆?一??是将四旋翼起飞的位置作为原点，飞行方向作为Ａ轴，％轴垂直于■＾轴，基于??平面以右手定则可以确定４轴的方向。机体坐标系外一?ＡＡ是将四旋翼的质心作为原??－８?－??

图３．８扰动４

【参考文献】：
期刊论文
[1]面向自由飞行目标捕获的四旋翼最优轨迹规划[J]. 张广玉,何玉庆,代波,谷丰,杨丽英,韩建达,刘光军.  信息与控制. 2019(04)
[2]四旋翼飞行器的神经网络PID控制算法研究[J]. 余润芝,赵文龙,程若发.  现代电子技术. 2019(10)
[3]四旋翼无人机高阶一致性编队控制方法[J]. 卫强强,刘蓉,张衡.  电光与控制. 2019(08)
[4]基于图论法的四旋翼三角形结构编队控制[J]. 赖云晖,李瑞,史莹晶,贺亮.  控制理论与应用. 2018(10)
[5]四旋翼无人机轨迹稳定跟踪控制[J]. 李俊芳,李峰,吉月辉,高强.  控制与决策. 2020(02)
[6]多智能体最优持久编队动态生成与控制[J]. 罗小元,邵士凯,关新平,赵渊洁.  自动化学报. 2013(09)
[7]基于行为法多智能体系统构形控制研究[J]. 宋运忠,杨飞飞.  控制工程. 2012(04)

硕士论文
[1]四旋翼无人机姿态控制及抗干扰研究[D]. 汪梓童.南京邮电大学 2019
[2]基于Leader-follower理论的四旋翼无人机编队控制方法研究[D]. 杜国栋.重庆邮电大学 2019
[3]可抗干扰四旋翼无人机编队控制方法研究[D]. 程陈.南京航空航天大学 2019
[4]基于一致性理论的四旋翼飞行器编队控制方法研究[D]. 杨君怡.哈尔滨工业大学 2018



本文编号：3313028