四旋翼飞行器的有限时间/固定时间控制方法研究
发布时间：2021-09-04 05:46
四旋翼无人飞行器是一种能实现垂直起降的非同轴式多旋翼飞行器,由蝶形分布的四个独立电机驱动系统作为飞行的动力源。由于具有结构简单、操控性强、灵活机动等诸多优势,四旋翼无人飞行器具有广阔的发展前景。同时,四旋翼飞行器系统是一个多变量、非线性和强耦合的典型欠驱动系统,在飞行控制方面存在着一定的挑战性。因此,研究四旋翼飞行器控制方法不仅具有理论价值而且还具有应用价值。为了提高四旋翼飞行器的动态和稳态性能,国内外的诸多学者都对该系统的控制方法做了深入的研究,其中,有限时间和固定时间控制技术是较为新颖的非线性控制方法,具有收敛速度快和抗扰动能力强的特点,可以有效的改善飞行器系统的动态和稳态性能。本文首先介绍了四旋翼飞行器的研究现状和有限时间/固定时间控制理论。针对四旋翼飞行器系统进行了简单的建模分析,并针对此数学模型分别基于有限时间和固定时间控制技术研究了四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制问题。具体来说,基于反步法思想,可以将完整的飞行器控制系统设计过程分解为对飞行器位置控制器和姿态控制器的设计。基于有限时间控制的齐次系统理论,本文设计了相应的有限时间位置和姿态控制器,同时考虑到系统存在未知参数和外部扰动...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几类主要的无人机
合肥工业大学硕士学位论文 制器使得系统状态呈现一个渐近收敛的过程（经过简单计算，可以得出闭环系统是一个指数收敛的过程）。因此，有限时间控制/固定时间控制具有更好的收敛速度，其中固定时间控制的收敛时间更是可以的到人为的控制。为了验证上述观点的正确性，接下来给出了相应的数值仿真结果。在仿真的过程中，控制器的参数选取为 k =2, 1/2, 3/2。图 1.2 (a) 是一阶系统（1.5）在线性控制器（1.6）、有限时间控制器（1.7）和固定时间控制器（1.8）下的状态响应对比曲线，其中系统的初始状态为 x (0) 1。图 1.2(b) 是一阶系统（1.5）分别在三种控制器的作用下，当系统的初始状态取不同值时的收敛时间曲线。从上述的仿真结果中可以验证有限时间和固定时间控制方法有着比线性控制方法更快的收敛速度，同时，固定时间控制方法的收敛时间与系统的初始状态无关。
(a) (b)图 1.3 存在外部扰动的一阶系统（1.5）的状态响应曲线：(a) 外部扰动 d 0.1cos( t 2)；(b) 外部扰动d cos(t 2)Fig 1.3 The state response curve of first-order system (1.5) with external disturbance: (a) The externaldisturbance d 0.1cos(t 2); (b) The external disturbance d cos(t 2)1.5 主要研究内容本文主要针对四旋翼飞行器的飞行控制问题进行了讨论和研究。具体而言，四旋翼飞行器的控制问题可以加以拆分为对其位置和姿态的控制问题，本文利用有限时间控制方法和固定时间控制方法进行四旋翼飞行器的位置和姿态控制器设计以获得更好的动态和稳态性能。同时，由于四旋翼飞行器的位置和姿态控制器设计过程是基于理想化的数学模型，而四旋翼飞行器在飞行的过程之中会同时受到难以测量的系统未知参数和不可避免的外部扰动的影响。为了进一步的提高四旋翼飞行器的鲁棒性能，分别基于有限时间和固定时间控制方法实现了对不确定参数和外部扰动的精确快速的识别和观测，而后对其进行了相应的补偿。本文各部分的主要内容如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器的发展与应用[J]. 宋洪达,郝桂丽. 科技风. 2018(01)
[2]四旋翼飞行器综述[J]. 孙浩楼. 电子世界. 2017(10)
[3]无人机发展综述[J]. 张云秀,曾庆达,张炜. 河南科技. 2017(09)
[4]四旋翼飞行器的LQR优化控制[J]. 王志方,付兴建,李同. 传感器世界. 2017(03)
[5]四旋翼飞行器的力学建模及LQR控制算法研究[J]. 刘丽丽,左继红. 机械管理开发. 2016(10)
[6]浅谈四旋翼飞行器的技术发展方向[J]. 赵敏. 科技创新与应用. 2016(16)
[7]漫话无人机[J]. 王刚. 时事报告. 2015(06)
[8]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]无人机发展综述[J]. 秦博,王蕾. 飞航导弹. 2002(08)
博士论文
[1]四旋翼无人飞行器非线性控制研究[D]. 刁琛.天津大学 2013
[2]求解约束优化问题的几种智能算法[D]. 胡一波.西安电子科技大学 2009
本文编号：3382681
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几类主要的无人机
合肥工业大学硕士学位论文 制器使得系统状态呈现一个渐近收敛的过程（经过简单计算，可以得出闭环系统是一个指数收敛的过程）。因此，有限时间控制/固定时间控制具有更好的收敛速度，其中固定时间控制的收敛时间更是可以的到人为的控制。为了验证上述观点的正确性，接下来给出了相应的数值仿真结果。在仿真的过程中，控制器的参数选取为 k =2, 1/2, 3/2。图 1.2 (a) 是一阶系统（1.5）在线性控制器（1.6）、有限时间控制器（1.7）和固定时间控制器（1.8）下的状态响应对比曲线，其中系统的初始状态为 x (0) 1。图 1.2(b) 是一阶系统（1.5）分别在三种控制器的作用下，当系统的初始状态取不同值时的收敛时间曲线。从上述的仿真结果中可以验证有限时间和固定时间控制方法有着比线性控制方法更快的收敛速度，同时，固定时间控制方法的收敛时间与系统的初始状态无关。
(a) (b)图 1.3 存在外部扰动的一阶系统（1.5）的状态响应曲线：(a) 外部扰动 d 0.1cos( t 2)；(b) 外部扰动d cos(t 2)Fig 1.3 The state response curve of first-order system (1.5) with external disturbance: (a) The externaldisturbance d 0.1cos(t 2); (b) The external disturbance d cos(t 2)1.5 主要研究内容本文主要针对四旋翼飞行器的飞行控制问题进行了讨论和研究。具体而言，四旋翼飞行器的控制问题可以加以拆分为对其位置和姿态的控制问题，本文利用有限时间控制方法和固定时间控制方法进行四旋翼飞行器的位置和姿态控制器设计以获得更好的动态和稳态性能。同时，由于四旋翼飞行器的位置和姿态控制器设计过程是基于理想化的数学模型，而四旋翼飞行器在飞行的过程之中会同时受到难以测量的系统未知参数和不可避免的外部扰动的影响。为了进一步的提高四旋翼飞行器的鲁棒性能，分别基于有限时间和固定时间控制方法实现了对不确定参数和外部扰动的精确快速的识别和观测，而后对其进行了相应的补偿。本文各部分的主要内容如下：
【参考文献】：
期刊论文
[1]四旋翼飞行器的发展与应用[J]. 宋洪达,郝桂丽. 科技风. 2018(01)
[2]四旋翼飞行器综述[J]. 孙浩楼. 电子世界. 2017(10)
[3]无人机发展综述[J]. 张云秀,曾庆达,张炜. 河南科技. 2017(09)
[4]四旋翼飞行器的LQR优化控制[J]. 王志方,付兴建,李同. 传感器世界. 2017(03)
[5]四旋翼飞行器的力学建模及LQR控制算法研究[J]. 刘丽丽,左继红. 机械管理开发. 2016(10)
[6]浅谈四旋翼飞行器的技术发展方向[J]. 赵敏. 科技创新与应用. 2016(16)
[7]漫话无人机[J]. 王刚. 时事报告. 2015(06)
[8]四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J]. 李俊,李运堂. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2012(01)
[9]无人机发展综述[J]. 秦博,王蕾. 飞航导弹. 2002(08)
博士论文
[1]四旋翼无人飞行器非线性控制研究[D]. 刁琛.天津大学 2013
[2]求解约束优化问题的几种智能算法[D]. 胡一波.西安电子科技大学 2009
本文编号：3382681
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3382681.html
