基于输出调节器的小型无人直升机抗风干扰控制器设计.pdf

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1、硕士学位论文基于输出调节器的小型无人直升机抗风干扰控制器设计ACONTROLLERFORSMALL-SCALEUNMANNEDHELICOPTERUNDERWINDDISTURBANCEBASEDONOUTPUTREGULATION尹路哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文基于输出调节器的小型无人直升机抗风干扰控制器设计硕士研究生：尹路导师：朱晓蕊教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Class

2、ifiedIndex:TP242U.D.C:621AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringSTUDYONACONTROLLERFORSMALL-SCALEUNMANNEDHELICOPTERUNDERWINDDISTURBANCEBASEDONOUTPUTREGULATIONCandidate：YinLuSupervisor：Prof.ZhuXiaoruiAcademicDegree

3、Appliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ControlEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要小型无人直升机具有体积小、动作灵敏、可直接无跑道起飞、能自主悬停等优点，无论在军事还是民用中都有着广阔的应用场景。但是当无人直升机应用在复杂的室外环境中时，比如户外航拍、地图测绘、农业灌溉等，会不可避

4、免的面临风干扰的问题。因此，如何进行无人直升机的抗风干扰控制器设计是目前亟需解决的问题之一。常用的基于反步法和状态观测器进行补偿的抗风控制器其控制效果依赖于状态观测器的准确性。传统输出调节器能够在跟踪参考输入的同时抑制干扰，适合用在抗风控制器上，但其设计复杂，控制效果也存在着提升的可能性。为解决这些问题，本文提出了一种新型针对无人直升机抗风控制的输出调节控制策略。本文在对风干扰进行建模时，利用风洞实验室数据，通过系统辨识的方法拟合出风力影响函数来描述风干扰，通过风速大小来定量的计算风力和力矩的干扰，并在此基础上对风力影响函数进行优化。优化后的风力影

5、响函数所含参数更少，且辨识结果表明，在不同风向和风速下真实数据和拟合数据的相关性都超过了96％，说明风力影响函数能够很好的拟合出不同风向和风速下的干扰力和力矩，这为下一步的控制器设计提供了基础。在设计控制器时，针对一类分块下三角系统模型，本文提出一种新型的输出调节器控制策略，试图减少设计复杂度，提高控制效果，并用此控制策略结合风力影响函数实现无人机不同风向和风速下的抗风控制器设计。同时，为方便控制，把无人机系统转换为位置和姿态角两个下三角子系统，并对两个子系统分别设计控制器来对无人机的姿态角和位置进行抗风控制，使无人机实现抗风干扰的同时，能够到达指

6、定的位置和指定的航向角。为了验证控制算法，在MATLAB下对传统输出调节器、反步法结合状态观测器和本文提出下三角输出调节器三种不同抗风方法进行仿真对比。仿真结果表明，相比于传统输出调节器和反步法，本文提出的下三角输出调节器设计需要的参数更少，更易于调参，能在指定的时间内控制无人直升机在风干扰下到达指定的位置和航向角，并且超调更小，稳定时间更短。关键词：小型无人直升机；输出调节器；下三角；抗风控制器-I-AbstractAbstractSmall-scaleunmannedhelicoptershaveseveraladvantagessuchass

7、mallsize,sensitive,abletotakeoffwithoutarunway,canbeindependenthovering,etc.Theyarewidelyusedinbothmilitaryandcivilscenes.However,whenunmannedhelicoptersareusedincomplexoutdoorenvironments,suchasoutdooraerialphotography,mapping,andagriculturalirrigation,itisinevitablytofacethe

8、problemofwinddisturbances.Therefore,thedesignoftheunmannedhel