四旋翼飞行器非线性容错控制方法研究

发布时间：2017-08-25 04:01

  本文关键词：四旋翼飞行器非线性容错控制方法研究

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【摘要】：随着四旋翼飞行器应用领域的不断拓展,对四旋翼飞行器的安全性和可靠性的要求也越来越高,所以越来越多的科研机构对四旋翼飞行器的容错控制方法进行了研究,并取得一定研究成果。由于四旋翼飞行器长时间在外界恶劣环境中飞行,其执行机构较易出现老化问题,并且也会因碰撞而受损,所以,四旋翼飞行器的执行机构是故障高发部件。针对这个问题,本文做了一下研究工作:首先,针对四旋翼飞行器执行机构部分失效故障,提出一种将时延控制与反步控制方法相结合的鲁棒容错控制器设计方法。该方法在反步法的基础上引入积分环节用于消除稳态误差;同时,利用时延控制的逼近能力来补偿执行机构故障,该方法不需要在线的故障检测和分离,而仅需一步状态迭代。通过仿真实验表明该控制器可以有效的解决较轻的执行机构部分失效问题。其次,由于反步控制与时延控制结合的容错控制方法存在系统响应慢的问题,并且对模型参数摄动的鲁棒性较弱。为此,本文将滑模控制方法与时延控制结合来设计鲁棒容错控制器。为了克服滑模控制的抖振问题,采用基于PID的趋近律,用连续的控制输入代替不连续的切换输入。通过仿真对比,改进后的滑模控制方法与时延控制相结合得到的鲁棒容错控制方法可以有效解决较严重的执行机构部分失效问题和模型参数不确定性问题。
【关键词】：四旋翼飞行器 滑模控制 反步控制 时延控制技术 容错控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题背景及研究的意义9-11
• 1.2 四旋翼飞行器的发展研究11-13
• 1.3 容错控制13-14
• 1.4 四旋翼飞行器容错控制国内外研究现状14-16
• 1.5 本文的主要研究内容和结构16-17
• 第2章 四旋翼飞行器的动力学模型17-26
• 2.1 四旋翼飞行器飞行原理17-18
• 2.2 空间坐标系18-21
• 2.2.1 坐标系定义18-19
• 2.2.2 地面坐标系与机体坐标系之间的转换19-21
• 2.3 四旋翼飞行器非线性动力学模型21-24
• 2.4 四旋翼飞行器执行机构故障模型24-25
• 2.4.1 电机模型24
• 2.4.2 执行机构故障模型24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 四旋翼飞行器时延积分反演容错控制器设计26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 四旋翼飞行器时延积分反演容错控制器设计26-31
• 3.2.1 积分反演控制器设计27-29
• 3.2.2 时延积分反演容错控制器设计29-31
• 3.3 仿真结果与分析31-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 四旋翼飞行器时延滑模容错控制器设计36-44
• 4.1 引言36
• 4.2 滑模控制理论36-37
• 4.3 四旋翼飞行器时延滑模容错控制器设计37-39
• 4.3.1 滑模控制器设计37-39
• 4.3.2 时延滑模容错控制器设计39
• 4.4 仿真结果与分析39-43
• 4.5 本章小结43-44
• 结论44-46
• 参考文献46-51
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果51-52
• 致谢52

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本文编号：734919