Flight and Formation Control of Multirotor Unmanned Aerial Vehicle Systems

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1、西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：FlightandFormationControlofMultirotorUnmannedAerialVehicleSystems作者：RoohulAmin学科专业：ControlTheoryandControlEngineering指导教师：Prof.LiAijun2017年04月FlightandFormationControlofMultirotorUnmannedAerialVehicleSystemsByRoohulAminUndertheSupervis

2、ionofProfessorLiAijunSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyatSchoolofAutomation,NorthwesternPolytechnicalUniversityXi’an,P.R.ChinaApril2017摘要摘要多旋翼无人机(MUAV)由于其结构简单性、高机动性和垂直起降能力(VTOL)得到了广泛关注，并在传统无人机难以胜任的领域有较多的应用前景。然而，目前

3、大多数研究都集中于四旋翼无人机上，对其他构型的MUAV的关注不足。此外，目前对未建模特性估计、单机飞行及编队控制的鲁棒控制和智能控制研究仍显不足。本论文工作旨在研究MUAV飞行及编队控制技术。首先，本文以文献综述形式归纳了目前MUAV领域的研究成果。其次，为了估计MUAV未建模动态特性，引入扩展的归一化径向基函数网络(ENRBFN)及广义逆多二次径向基函数网络(EIMRBFN)两种新方法。再次，分别利用智能滑模控制（ISMC）、自适应ENRBFN控制、智能全局快速终端滑模控制（IGFTSMC）、基于μ-syn

4、thesis的鲁棒控制、自适应反步控制和基于反步法的快速终端滑模控制及其结合，针对MUAV的有限时间姿态控制和轨迹跟踪进行了研究。最后，针对编队控制问题，提出了基于模糊积分滑模控制的集中编队控制技术。本文基于配置共轴八转子及四旋翼飞行仿真器检验设计的控制律。仿真结果为渐近稳定，表明了控制律的有效性。本文提出的控制律在比现有控制律设计更直观的同时具有更好的性能。所提出的控制方式对MUAV控制系统及其他非线性欠驱动系统设计提供了有益参考。关键字：多旋翼无人机,四旋翼飞行仿真器,共轴八转子,未建模动态特性,非线性智

5、能控制,飞行与编队控制iii西北工业大学博士学位论文ivAbstractAbstractMulti-rotorunmannedaerialvehicle(MUAV)isakindofUAVthathasgainedmomentumwithintheresearchcommunityduetoitssimplestructure,highmaneuverability,andverticaltake-offandlanding(VTOL)capability.Thesecharacteristicshaveim

6、menselyincreasedthechancesforMUAVtobecomeapotentialcandidateusageofMUAVforvariablerelevantapplicationsforwhichtraditionalUAVshavebeenprovedineffective.TheexistingresearchinMUAVmerelyfocusesonquadrotorcontrolandonlyahandfulofresearchstudiesareavailableonothe

7、rconfigurationsofMUAV.Inaddition,severalmajorchallengeshighlightedbyliteraturesuchasunmodeleddynamicsestimation,explorationofrobustandintelligentcontroltechniquesforflight,andformationcontrolstillneedtobeaddressedforanefficientMUAVcontrol.Theworkisaimedtoad

8、dresstheabovementionedchallengesinMUAVresearchbydevelopingflightandformationcontroltechniques.Firstly,thisresearchidentifiesandcategorizestheexistingtechniquesusedinMUAVcontrolthroughaliteraturestudy.S