基于轨迹线性化方法的无人机鲁棒控制器设计

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1、万方数据分类号UDC密级学位论文基于轨迹线性化方法的无人机鲁棒控制器设计作者姓名：辛月指导教师：董久祥教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予日期：2014年7月答辩委员会主席：叶丹评阅人：任涛、车伟伟东北大学2014年6月万方数据AThesisinControlTheoryandControlEngineeringIllllI!IIIIIIIIILLILLILIIIIIllLILLlllIILILllIY2989029

2、RobustControllerDesignofUAVBasedonTrajectoryLinearizationMethodByXinYueSupervisor：ProfessorDongJiuxiangNortheasternUniversityJune2014万方数据独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除DHn_．,t标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表

3、示谢意。学位论文作者签名：军闩日期：山，织杉，形学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学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、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年口一年口一年半口两年∥学位论文作者签名：砗同签字日期：也愫盯．刁导师签名签字日期万方数据东北大学硕士学位论文摘要基于轨迹线性化方法的无人机鲁棒控制器设计摘要无人机是可以由自身程序控制装置操纵的无

4、人驾驶飞行器。用途广泛，成本低，机动性能好，生存能力强且无人员伤亡风险。它在现代战争中有极其重要的作用，在民用领域更是有非常广阔的前景。但是，由于其本身的多变量、强耦合的特点使得无人机对控制器的设计要求很高。本文利用轨迹线性化的非线性控制方法对无人机的轨迹跟踪进行控制，并且为了改善该方法本身的鲁棒性较差的问题，加入了鲁棒控制器输入项，提高了控制器的性能，改进了原控制方法的局限性。研究的主要内容包括以下几个方面：首先，根据飞行器的动力系统模型以及空气动力学知识，对六自由度无人机飞行器的数学模型进行描述。然后根据系统数学模型，利用Matla

5、b／Simulink工具箱对无人机进行模型的搭建与仿真。其次，分析与轨迹线性化方法相关的理论、定理，简述轨迹线性化控制器的设计方法。根据六自由度无人机的具体情况进行分析设计。然后，通过对轨迹线性化控制器的理论分析，对六自由度无人机进行整体的轨迹线性化控制器的设计，并且利用轨迹线性化方法对模型进行伪逆系统的求取，计算跟踪期望的轨迹时的标称输入值，用于系统跟踪的校准。最后，通过引入简单的鲁棒控制器，改善了原有的轨迹线性化方法对六自由度无人机飞行轨迹控制的鲁棒性差的问题。验证了当存在小确定性因素时，改善后的控制器的控制跟踪效果要优于原来的控制

6、器效果。关键词：无人机；六自由度；轨迹线性化；鲁棒性万方数据东北大学硕士学位论文摘要．．III．．万方数据东北大学硕士学位论文AbstractRobustControllerDesignofUAVBasedonTrajectoryLinearizationMethodAbstractUAVwhichisversatile，lowcost，flexibleandhasabilitytosurvive，Canbeoperatedbyitsowncontroller．Itplaysanextremelyimportantroleinmodem

7、warfareandhasaverypromisingfutureincivilianareas．However,itisownmulti-variableandstrongcouplingwhichmakethedesignofthecontrollerharder．Inthispaper,atrajectorylinearizationcontrollerwhichisamethodofnonlinearcontrol，hasbeendesignedforcontrollingthetrajectorytrackingoftheUA

8、V．Atthesametime，inordertoimprovetherobustness，weproposetherobustcontroller。Thenthenewcontrollercanimpro