基于滑模自抗扰技术的四旋翼无人机控制研究

发布时间：2021-08-18 22:26

　　四旋翼无人机具有体积小、结构简单等特点,能够完成垂直起降、低速飞行、空中悬停等固定翼无法完成的任务,因此广泛应用于民用与军用领域。本文以四旋翼无人机为对象,研究其飞行控制器设计问题,主要内容包括以下四个方面:（1）分析四旋翼无人机的特性及工作原理,考虑到不确定因素的影响,运用牛顿欧拉方程构建四旋翼无人机的动力学模型。（2）针对四旋翼无人机参数不确定和外部扰动的问题,本文设计一种基于线性自抗扰技术的四旋翼无人机控制器。设计变增益的扩张状态观测器,改进扩张状态观测器由于增益过大而产生的“峰值问题”。仿真和实验结果表明,所设计的控制器与传统串级PID控制器相比具有更好的跟踪效果和鲁棒性。（3）针对线性自抗扰控制器估计能力受限的问题,本文设计一种线性自抗扰与滑模控制结合的四旋翼飞行控制策略。将线性自抗扰的反馈控制率改进为的非奇异终端滑模控制率,并将扩张状态观测器估计的总扰动值引入到滑模面的设计中,利用Lyapunov方法证明闭环控制系统的稳定性。实验和仿真结果,所设计的控制器具有良好的快速性和鲁棒性。（4）在非奇异终端滑模自抗扰控制策略的基础上,设计响应效果更好的快速终端滑模面,解决非奇异滑模... 

【文章来源】：天津理工大学天津市

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

SCAMP无人机

第一章 绪论制切换的控制方法，该方法可以防止四旋翼无人机之间以及四旋翼无人机与环境中障碍物之间的碰撞[14]。同时斯坦福大学近年来致力于研究仿生和精确控制的四旋翼机，主要成果有 SCAMP 无人机和 Nixie 无人机。SCAMP 无人机是一款可以垂直攀新型四旋翼无人机如图 1.1 所示，这款无人机不仅能在空中飞行，也可利用触角在上攀爬，实现飞行、攀爬、吸附、并且再次“腾飞”的运动模式，使得无人机可以于更复杂的环境。Nixie 是由斯坦福大学共同研发的一款可穿戴的无人机如图 1.2 。研究人员把无人机与可穿戴设备结合了起来，让用户可以把无人机戴在手腕上。飞行时，启动开关按钮 Nixie 便展开成一架微型四旋翼无人机。

图 1.3 混合折纸无人机 图 1.4 FlyCroTugs 无人机在国外的无人机企业中著名的有法国的派诺特公司（Parrot），1994 年成立于法国巴黎，目前致力于三大市场的创新与发展，图 1.5 为其研发的消费级无人机 ANAFI。德国的 ASCTEC 无人机公司研发的蜂鸟（hummingbird）、鹈鹕（pelican）等研究级无人机在高校及研究院的研发人员中具有较好的口碑。北美无人机厂商 3D Robotics 无人机公司开发的 Solo 无人机，为研究人员提供开源平台。同样在开源飞控领域中，Pixhawk 和APM 等开源飞控已经在业内享有知名度[18]。图 1.5ANAFI 无人机 图 1.6 Solo 无人机1.2.2 国内无人机的研究现状

【参考文献】：
期刊论文
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[2]自抗扰控制:研究成果总结与展望[J]. 李杰,齐晓慧,万慧,夏元清.  控制理论与应用. 2017(03)
[3]基于动力系统模型的四旋翼推力估计方法[J]. 杨盛毅,唐胜景,刘超,李彦辉.  北京理工大学学报. 2016(06)
[4]四旋翼无人机SO（3）快速终端滑模姿态控制器设计[J]. 吴文海,刘锦涛,李静,杨维保.  电光与控制. 2015(11)
[5]基于柱状空间和支持向量机的无人机巡线避障方法[J]. 张剑,王世勇,陈玺,徐华东,俞登科,杨忠.  中国电力. 2015(03)
[6]基于卡尔曼滤波的四旋翼飞行器姿态估计和控制算法研究(英文)[J]. 汪绍华,杨莹.  控制理论与应用. 2013(09)
[7]滑模控制和自抗扰控制的研究进展(英文)[J]. 夏元清,付梦印,邓志红,任雪梅.  控制理论与应用. 2013(02)
[8]线性自抗扰控制器的稳定性研究[J]. 陈增强,孙明玮,杨瑞光.  自动化学报. 2013(05)
[9]自抗扰控制器的发展[J]. 黄一,张文革.  控制理论与应用. 2002(04)
[10]从PID技术到“自抗扰控制”技术[J]. 韩京清.  控制工程. 2002(03)



本文编号：3350738