基于扰动和输入饱和受限情况下的无人机自适应控制及编队研究

发布时间：2023-04-16 21:33

　　关于四旋翼无人机的控制研究,一般从位置控制和姿态控制入手。针对四旋翼无人机中存在扰动的情况,本文运用了双闭环的控制策略,采用两种不同的控制方法,分别对无人机的位置和姿态进行控制。由于无人机系统自身的物理限制,输入饱和现象普遍存在于控制系统中,本文在姿态子系统中对输入饱和受限的影响进行分析。在上述独立无人机的控制策略的基础上,顺应当今无人机编队的热点问题,文章进而对多无人机编队做了基于滑模控制的分布式有限时间编队控制研究。并且运用自抗扰控制策略,对系统内部不可建模和外部未知的扰动进行估计并补偿。本文针对基于扰动和系统输入饱和受限情况下的独立无人机系统控制及多无人机有限时间分布式编队研究问题深入研究,主要工作包括:第一、针对输入饱和受限的独立无人机系统,采用双闭环控制策略分别对位置系统和姿态系统进行控制。外环中,设计滑模变结构控制方法,控制并跟踪位置子系统的三个自由度,以实现四旋翼无人机位置子系统的稳定,利用Laypunov稳定性分析证明位置子系统在所提出的滑模控制算法下能够达到一致性稳定。同时,计算出姿态子系统的虚拟姿态角,用于无人机内环姿态子系统的控制研究。最后,通过仿真验证所设计的滑...

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 无人机系统控制研究现状
        1.2.2 无人机输入饱和受限的研究现状
        1.2.3 无人机编队的研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第二章 相关背景知识介绍
    2.1 引言
    2.2 饱和函数
        2.2.1 饱和函数的定义
        2.2.2 饱和函数的有界处理
    2.3 滑模变结构控制
        2.3.1 滑模变结构控制定义及基本问题
    2.4 自适应跟踪控制
    2.5 双闭环控制结构
    2.6 自抗扰控制
    2.7 本章小结
第三章 基于滑模控制的无人机位置子系统设计
    3.1 四旋翼无人机系统建模
        3.1.1 四旋翼无人机动力学模型
        3.1.2 数学模型处理
    3.2 滑模控制设计
        3.2.1 滑模函数及滑模控制律设计
    3.3 理论证明
    3.4 MATLAB仿真与分析
    3.5 本章小结
第四章 基于自适应跟踪控制的无人机姿态子系统设计
    4.1 虚拟姿态角
    4.2 自适应跟踪控制设计
        4.2.1 自适应跟踪控制律设计
    4.3 理论证明
    4.4 自抗扰控制器设计
        4.4.1 扩张状态观测器设计
    4.5 MATLAB仿真与分析
    4.6 本章小结
第五章 多无人机分布式编队控制
    5.1 多四旋翼无人机系统建模
        5.1.1 数学模型
        5.1.2 本章提出的相关假设
    5.2 位置子系统控制器设计
        5.2.1 滑模面的设计
        5.2.2 滑模控制器设计
    5.3 姿态子系统控制器设计
        5.3.1 滑模面的设计
        5.3.2 滑模控制器设计
    5.4 扩张状态观测器(ESO)设计
    5.5 MATLAB仿真与分析
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 本文研究工作总结
    6.2 未来研究的展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3791917