四旋翼飞行器自适应模糊神经姿态跟踪控制研究

发布时间：2017-09-30 11:04

  本文关键词：四旋翼飞行器自适应模糊神经姿态跟踪控制研究

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【摘要】：本文针对具有系统不确定性、外界未知扰动和控制输入饱和等非线性特性的四旋翼飞行器姿态系统,采用Backstepping控制技术,结合模糊系统、神经网络和自适应控制方法,提出了几种新的姿态跟踪控制方法。本文主要研究内容包括:考虑具有控制输入饱和、未知外界扰动和模型不确定性的四旋翼飞行器姿态系统,提出了一种基于单隐层神经网络补偿和逼近误差反馈的四旋翼飞行器姿态跟踪控制策略,实现了上述未知非线性动态和外界干扰的动态在线估计,从而使得所设计的控制策略具有更好的控制性能和更强的鲁棒性。采用李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性和跟踪误差的一致最终有界性。仿真研究验证了上述控制方法的有效性和优越性。针对具有外界时变扰动和模型不确定性的四旋翼飞行器姿态系统,提出了一种基于变论域模糊系统的自适应姿态跟踪控制策略。通过伸缩因子的动态调整,实现了模糊系统输入论域的自适应划分,从而在不增加模糊规则数量的前提下提高了模糊系统的逼近精度,增强了系统鲁棒性和抵抗外部干扰的能力。结合李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性和系统信号的一致有界性。仿真研究验证了上述控制方法有效性和优越性。针对传统模糊系统中模糊规则数量难以确定的问题,提出了一种具有在线自组织功能的模糊神经鲁棒自适应四旋翼飞行器姿态跟踪控制策略,实现了模糊规则的动态自适应调节。进而,鲁棒控制补偿项消除了模糊逼近误差和外界扰动对闭环控制系统稳定性的影响。利用李雅普诺夫稳定性理论,证明了闭环系统的稳定性和系统信号的全局一致最终有界性。仿真研究验证了上述控制方法在姿态跟踪和非线性辨识方面具有较好的控制性能和较强的鲁棒性。
【关键词】：四旋翼飞行器 姿态跟踪控制 自适应控制 模糊系统 神经网络
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V249.1
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 本文研究背景及意义10-11
• 1.2 四旋翼飞行器姿态控制研究现状11-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 四旋翼飞行器动态模型16-24
• 2.1 四旋翼飞行器飞行机理16-17
• 2.2 四旋翼飞行器姿态角及其坐标转换17-19
• 2.2.1 飞行器姿态角描述17-18
• 2.2.2 坐标转换矩阵18-19
• 2.3 四旋翼飞行器动力学模型19-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 具有输入饱和的四旋翼飞行器姿态跟踪控制24-36
• 3.1 控制问题描述24-27
• 3.1.1 具有输入饱和的四旋翼飞行器姿态系统模型24-26
• 3.1.2 单隐层神经网络26-27
• 3.2 控制器设计27-29
• 3.2.1 后推法控制器设计27-28
• 3.2.2 单隐层神经网络逼近28-29
• 3.2.3 控制输入和参数自适应律29
• 3.3 稳定性分析29-31
• 3.4 仿真研究31-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 基于变论域模糊系统的四旋翼飞行器姿态跟踪控制36-48
• 4.1 控制问题描述36-37
• 4.2 变论域模糊系统37-38
• 4.2.1 可伸缩模糊基函数37
• 4.2.2 变伸缩因子模糊系统37-38
• 4.3 控制器设计38-41
• 4.3.1 后推法控制器设计38-39
• 4.3.2 基于变伸缩因子的模糊系统逼近39-40
• 4.3.3 控制输入和参数自适应律40-41
• 4.4 稳定性分析41-42
• 4.5 仿真研究42-47
• 4.6 本章小结47-48
• 第5章 基于自组织模糊神经网络的鲁棒自适应姿态跟踪控制48-63
• 5.1 控制问题描述48-49
• 5.2 自组织模糊神经网络49-53
• 5.2.1 自组织模糊神经网络结构49-50
• 5.2.2 模糊神经网络逼近50-52
• 5.2.3 模糊神经网络结构学习52-53
• 5.3 控制器设计53-55
• 5.3.1 系统控制输入53-54
• 5.3.2 参数自适应律54-55
• 5.4 稳定性分析55-57
• 5.5 仿真研究57-62
• 5.6 本章小结62-63
• 总结与展望63-65
• 参考文献65-69
• 攻读学位期间公开发表论文69-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李洪兴,苗志宏,王加银;非线性系统的变论域稳定自适应模糊控制[J];中国科学E辑:技术科学;2002年02期

2 李洪兴,苗志宏,王加银,李洪兴,李洪兴;四级倒立摆的变论域自适应模糊控制[J];中国科学E辑:技术科学;2002年01期

3 李洪兴;变论域自适应模糊控制器[J];中国科学E辑:技术科学;1999年01期

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本文编号：947811