执行器饱和约束下的无人飞行器的镇定控制设计

发布时间：2017-09-25 16:17

  本文关键词：执行器饱和约束下的无人飞行器的镇定控制设计

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【摘要】：垂直起降飞行器(VTOL Vehicles)因为自主悬停、结构简单和机动性强等特点,近年来在军事和民用领域受到了广泛的关注。四旋翼飞行器是垂直起降飞行器中的一种,因此也成为了科学家们的研究重点。本论文主要研究了执行器饱和约束下无人飞行器的镇定控制设计。首先,介绍了四旋翼飞行器这类垂直起降飞行器和执行器饱和的相关背景知识与研究现状。其次,利用四旋翼飞行器的飞行原理与牛顿-欧拉定理建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并将飞行器控制解耦为姿态角和空间位置的内外环控制,再用backstepping方法分别对内外环进行控制律的设计。然后,通过仿真说明了执行器饱和对飞行器系统性能的影响,同时介绍了解决执行器饱和的控制律重构方法,并采用该方法分别对控制律进行静态和动态重构来避免执行器饱和。最后,研究了执行器饱和约束下垂直起降飞行器控制律的设计,建立了该飞行器的系统模型并对系统模型进行适当简化,区别于四旋翼飞行器的控制策略,在设计其控制律时考虑了姿态角和空间位置的耦合关系,将设计好的控制律进行重构使飞行器的控制输入满足实际范围的限制要求,避免了执行器的饱和问题。从单一的四旋翼飞行器到更具一般性的垂直起降飞行器,控制律重构方法既能使飞行器保持原有的稳定,又能避免执行器饱和,可见该方法具有较为广泛的适用性。
【关键词】：四旋翼飞行器 垂直起降飞行器 反步法 执行器饱和 控制律重构
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V279;V249.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 无人飞行器的研究背景及现状9-12
• 1.1.1 无人飞行器的研究背景9
• 1.1.2 四旋翼飞行器的历史9-10
• 1.1.3 四旋翼飞行器的研究现状10-12
• 1.2 执行器饱和的研究意义和现状12-15
• 1.2.1 执行器饱和的研究意义12-13
• 1.2.2 执行器饱和的研究现状13-15
• 1.3 本文的研究内容和结构15-17
• 第二章 预备知识17-24
• 2.1 四旋翼飞行器的飞行原理17-18
• 2.2 四旋翼飞行器模型18-23
• 2.2.1 坐标定义19-20
• 2.2.2 四旋翼飞行器系统模型20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 四旋翼飞行器控制律设计24-35
• 3.1 四旋翼飞行系统的控制结构24-26
• 3.2 基于backstepping的控制律设计26-29
• 3.2.1 控制律设计26-28
• 3.2.2 稳定性分析28-29
• 3.3 基于backstepping的自适应控制律设计29-31
• 3.3.1 控制律设计29-30
• 3.3.2 稳定性分析30-31
• 3.4 仿真结果与分析31-34
• 3.5 本章小结34-35
• 第四章 执行器饱和约束下的四旋翼飞行器控制35-48
• 4.1 执行器饱和问题描述35-37
• 4.1.1 四旋翼飞行器的执行器饱和35-36
• 4.1.2 执行器饱和的仿真及分析36-37
• 4.2 控制律重构方法37-42
• 4.3 四旋翼飞行器控制律的静态重构42-44
• 4.4 四旋翼飞行器控制律的动态重构44-45
• 4.5 仿真结果与分析45-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第五章 执行器饱和约束下的垂直起降飞行器控制48-58
• 5.1 垂直起降飞行器系统模型48-49
• 5.2 垂直起降飞行器的控制律设计49-52
• 5.3 垂直起降飞行器的控制律重构52-53
• 5.4 仿真结果与分析53-56
• 5.5 本章小结56-58
• 第六章 总结与展望58-59
• 参考文献59-62
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文62-63
• 致谢63

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 方敏;执行器饱和控制研究[D];山东大学;2007年

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本文编号：918352