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《四旋翼飛行器姿態(tài)的自抗擾控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、第33卷第12期計算機仿真2016年12月文章編號：1006—9348(2016)12—0038—04四旋翼飛行器姿態(tài)的自抗擾控制研究高強，劉俊杰，劉文杰(天津理工大學自動化學院，天津300384)摘要：在四旋翼飛行器的姿態(tài)控制優(yōu)化中，針對欠驅(qū)動四旋翼飛行器的強耦合和對外擾敏感等問題，提出了一種非線性自抗擾姿態(tài)控制器的設計方法。建立四旋翼飛行器的姿態(tài)運動模型，并根據(jù)模型信息，設計自抗擾姿態(tài)控制器。自抗擾控制器通過跟蹤微分器(TD)安排過渡過程，利用擴張觀測器(ESO)實現(xiàn)狀態(tài)間耦合項的跟蹤和估計，同時實現(xiàn)對系統(tǒng)
2、總擾動的估計，并根據(jù)擾動估計值，采用非線性狀態(tài)誤差反饋(NLSEF)進行實時補償。實驗結(jié)果表明，所設計的控制器能夠有效實現(xiàn)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，并具有較強的魯棒性。關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器；自抗擾姿態(tài)控制器；擴張狀態(tài)觀測器；非線性狀態(tài)誤差反饋中圖分類號：TP391．9文獻標識碼：BAttitudeRegulationofQuadrotorUAVViaADRCMethodologyGAOQiang，LIUJun—jie，LIUWen—jie(SchoolofElectricalEngineering，Tianjin
3、UniversityofTechnology，Tianjin300384，China)ABSTRACT：TodealwiththestrongcouplingandexternaldisturbancesofthequadrotorUAV，adesignmethodforanonlinearactivedisturbancerejectionattitudecontrollerisproposed．Activedisturbancerej’ectioncontroller(AD—RC)isdesignedacc
4、ordingtoattitudemotionmodelinformationofquadrotorUAV．ADRCcontrollerCanarrangetran—sientprocessbytrackingdifferentiatorandrealizetrackingandestimationofthestatecouplingtermandtotaldisturb-anceofthesystembyextendedstateobserver(ESO)．Atthesanletime，thenonlinear
5、stateerrorfeedbackcontrollawsCancompletereal—timecompensationonthebasisoftotaldisturbanceestimatedbyESO．ThesimulationresultsshowthatthedesignedADRCcontrollerCancompletetheattituderegulationofthequadrotoreffectivelyandhasstrongrobustness．KEYWORDS：QuadrotorUAV
6、；ADRCattitudecontroller；ESO；NLSEF1引言四旋翼飛行器是一種非共軸式蝶形飛行器，具有尺寸小、重量輕、操作簡單、機動靈活等特點，能夠完成垂直起降、空中懸停、低速飛行和室內(nèi)飛行等固定翼飛機無法完成的任務，具有顯著的民用和軍用價值。四旋翼飛行器具有4個獨立的輸入，而運動具有6個自由度，是一個典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)，其姿態(tài)位置控制存在耦合，姿態(tài)角的變化直接影響飛行器的位置，因此對飛行器姿態(tài)的控制直接決定飛行器控制效果。常用的姿態(tài)控制算法有PID控制?，模糊控制舊J，反步控制‘3
7、，滑?？刂艵4]
8、，反步滑?！?
9、，Hw[6
10、，魯棒補償‘73等，但基金項目：天津市中青年骨干創(chuàng)新人才培養(yǎng)計劃項目(20130830)；天津市市級教學團隊基金項目(20100415)；天津市高等學校創(chuàng)新團隊培養(yǎng)計劃資助(TDl2—5015)收稿日期：2016—01一15—38一這些方法都無法從根本上解決對精確系統(tǒng)模型的依賴問題。韓京清教授提出的自抗擾控制(ADRC)舊1能夠安排過渡過程，利用擴張狀態(tài)觀測器提取系統(tǒng)狀態(tài)信息和擾動總和信息，通過狀態(tài)誤差信息來產(chǎn)生非線性誤差反饋控制量，并依據(jù)擾動估計值對系統(tǒng)進行擾動補償而生成最終控制量
11、，可以有效解決復雜不確定系統(tǒng)的控制問題。本文針對四旋翼飛行器的強耦合和外擾敏感問題，提出一種非線性自抗擾姿態(tài)解耦控制方法，將各姿態(tài)通道間的耦合視為系統(tǒng)內(nèi)部不確定擾動，與外擾一起作為系統(tǒng)總擾動，利用擴張狀態(tài)觀測器實現(xiàn)對系統(tǒng)總擾動的實時估計，并設計非線性誤差反饋控制器對擾動進行實時補償，實驗結(jié)果表明，所設計的自抗擾控制器能夠?qū)崿F(xiàn)四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，具有較好的魯棒性。2四旋翼飛行器模型假
