无人机容错控制技术与方法研究

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1、中图分类号：TP273论文编号：102870315-S162学科分类号：081104硕士学位论文无人机容错控制技术与方法研究研究生姓名高闪学科、专业模式识别与智能系统研究方向滑模控制与容错技术指导教师梅劲松副研究员南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringTheResearchofFaultTolerantControlMetho

2、dforUnmannedAerialVehicleAThesisinFaultTolerantControlbyGaoShanAdvisedbyMeiJingsongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。

3、对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要无人机在飞行及执行任务的过程中，传感器、执行器以及系统的内部元件将不可避免地发生故障，为了保证无人机在发生故障的情况下仍能保持稳定运行，无人机故障诊断及容错控制已成为重要的研究方向之一。本文以无人机的纵向平面运动模型

4、为研究对象，考虑执行器在未知时间发生的未知故障，以滑模控制和自适应控制技术相结合的方式，着重研究无人机在外界干扰、参数摄动和输入受限等情况下的容错控制和有限时控制方法。首先，建立某型无人机运动数学模型，分析其纵向平面模型特性；然后，针对执行器故障设计自适应滑模容错控制；针对执行器输入受限问题，设计了基于故障补偿的容错控制算法，并推广到跟踪控制问题；针对容错控制的时间不可控问题，设计了基于终端滑模有限时的容错控制方法，并用于航迹角和飞行速度指令跟踪控制；最后，针对终端滑模远离平衡点收敛速度慢和执行器输入受限问题，提出了

5、自适应快速终端滑模容错控制律，并用于航迹角指令跟踪。仿真结果表明所设计的控制律能有效的抑制参数摄动、外界干扰和执行器故障的影响，快速精确地跟踪到期望的轨迹，具有较好的指令跟踪控制性能，为解决无人机在执行器故障上的容错控制问题提供了一些思路。关键词：容错控制，滑模控制，自适应控制，有限时控制，输入受限，终端滑模控制，快速终端滑模控制iABSTRACTIntheprocessofflightandmission,unmannedaerialvehicle(UAV)attitudedynamicswillinevitabl

6、ybesubjectedtofaultswhichcanbecausedbyactuators,sensorsorsystemcomponents.ResearchintofaultdiagnosisandfaulttolerantcontrolforUAVdynamicsystemshaslongbeenrecognizedasoneoftheimportantaspectsinseekingeffectivesolutionstoanimprovedreliabilityoffaultsystems.Thispa

7、perfocusesontheinvestigationofthefault-tolerantcontrolandfinite-timecontrolproblemsforthelongitudinalmodelofUAVbothwithexternaldisturbance,modeluncertainties,inputconstraintsandactuatorfaults.Inthiscase,afault-tolerantcontrolapproachisdesignedusingslidingmodean

8、dadaptivetechniquestoguaranteethestabilityofthefaultyUAVsystems,whosefaultsareunknownconstantactuatorfailureswithanunknownoccurredtime.Firstly,anon-linearmathematicalmodelof