四旋翼飞行器的滑模控制算法研究

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1、哈尔滨理工大学工程硕士学位论文四旋翼飞行器的滑模控制算法研究摘要四旋翼飞行器(QuadrotorUAV)是拥有六自由度垂直起降无人飞行器，与固定翼飞机相比飞行稳定性较高且易于控制，机体结构较为简单。四旋翼飞行器可实现弧形飞行，通过设置多个参数来改变飞行器运行轨迹，但是发展至今在具体控制上还有待进一步研究。所以，本文在控制器应用过程中介绍相关控制理论和方法，通过仿真来对所研究问题和结论进一步论证。滑模控制的主要特点是可以实现不连续控制，滑动模态是可设计的，而且与系统参数及扰动没有关联，使系统获得良好鲁棒性能。在实际环境中，任何一个统都具有不同程度

2、的不确定性，这些不确定性可能出现在系统内部或系统外部，自适应控制的研究对象就是这种具有不确定性的系统，需要在系统的运行过程中去不断提取有关模型的信息，使模型逐步完善。在多种学科不断的发展下，将滑模控制与自适应控制有机结合，这样更好的解决了参数不确定或时变参数系统控制问题。本文主要对四旋翼飞行器模型进行分析研究其非线性特性，建立四旋翼飞行器的非线性数学模型，针对飞行器可以实现目标轨迹飞行及定点悬停的问题，进行了基于PID算法设计，由此引入滑模变结构控制理论。对系统进行简化处理之后，针对系统存在非线性的问题设计了基于滑模算法的飞行控制器，分析在所设

3、计的控制器下稳定飞行及悬停效果。而后，对于不确定因素和干扰问题设计了基于自适应滑模算法的飞行控制器，分析在所设计的控制器下当质量参数不确定和受到信号扰动突变时，系统的稳定飞行及悬停效果和抗干扰的能力，分别对以上三种控制器进行仿真实验，验证这三种控制器的可行性。关键词四旋翼飞行器；PID控制；滑模控制；自适应；-I-哈尔滨理工大学工程硕士学位论文SlidingModeControlAlgorithmforQuad-rotorAircraftAbstractFourrotoraircraftcanrealizecurvedflight,anditc

4、anchangeitsvehicletrajectorybysettingseveralparameters.However,thefunctionofcontrolremainstoberesearchedsofar.Sointhispassage,weintroducedtherelatedcontroltheoryandfunctionintheapplicationofcontroller.Throughoutthesimulation,wewanttomakemoreargumentsoftheresearchingoftheissu

5、eandtheconclusion.Thetypicalcharacteristicsofslidingmodecontrolarethatitcanrealizethecontinuouscontrol.Theslidingmodecontrolisdesignable;it’snotrelatedtothesystemparametersanddisturbance,whichcanmakethesystemtogetgoodrobustperformance.Intheactualenvironment,anysystemhasadiff

6、erentdegreeofuncertainty.Theseuncertaintiesmayappearinthesystemoroutsideofthesystem.Theresearchobjectoftheadaptivecontrolsystemisthiskindofadaptivesystemwithuncertainty,whichneedtogettheinformationofthemodelintheprocessoftherunningofthesystem,anditmakesthesystemmoreperfect.W

7、iththeprocessoflotsofsubjects,combiningtheslidingmodecontrolandadaptivecontrolcansolvetheproblemofcontrolwithuncertainparametersandtimevaryingparametersystembetter.Thisarticlemainlyresearchedthenonlinearanalysisoffourrotoraircraftmodel,andwesetupanonlinearmathematicalmodelof

8、aircraft.Aimingattheaircraftcanflyonthetargettrajectoryandhoveringquestions