四旋翼无人机姿态控制的研究

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1、＇分类号密级：１０１４２ＵＤＣ：：单位代码巧復３寺火蹇硕击学位论文四旋翼无人机姿态控制的研究＞馨Ｉ学号２０１巧７７；作者：薛伟霖学科名称：控制理论与控制工程Ｉ独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方夕ｈ论文中不包含其他人己经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳工业大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料一。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表

2、示了谢意。三．义化雾日期＇签名：巧：）羞＾关于学位论文使用授权的说明本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳工业大学有关保留、使用学位论文的规定，目Ｐ；学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权沈阳工业大学可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，可采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）端．签名：茲化急导师签名：日期；叫沈阳工业大学硕士学位论文四旋翼无人机姿态控制的研究ResearchofQuadrotorUA

3、VFlightAttitudeControl作者：薛伟霖单位：信息科学与工程学院指导教师：蓝益鹏副教授单位：沈阳工业大学协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2016年02月27日学位授予单位：沈阳工业大学摘要四旋翼无人机是一种具有六自由度，可垂直起降的无人飞行器。其机动性强、稳定性高、操作简单等特点使其在民用领域、军事领域都备受青睐，表现出了极强的使用价值。但四旋翼无人机是一个典型的具有强耦合性、欠驱动、非线性、易受外界环境干扰的系统，这使得很难对其进行精确建模，因此针对四旋翼无人机的控制（姿态、位置等）变的相对困难。本文设计四旋翼无人机姿态控制算法，并分别在

4、系统参数摄动与外部变力矩干扰的条件下进行仿真实验，验证所提出算法的正确性与有效性。本文研究的主要内容包括：（1）四旋翼无人机动力学模型的建立。首先对四旋翼无人机的系统结构与飞行原理进行了分析，选用欧拉角作为姿态的描述方式，推导出载体坐标系到地面坐标系的坐标转换矩阵。最后根据欧拉动力学方程与质心运动定理推导出四旋翼无人机的全状态非线性方程，并在假设条件下进行了简化。（2）四旋翼无人机姿态反步自适应控制。采用基于Lyapunov稳定判据的反步法设计四旋翼无人机姿态控制器，并在反步法中加入自适应控制律，动态的估计模型误差与外部干扰，增加系统鲁棒性。最后通过仿真实验验证其

5、有效性。结果表明，当受到外部变力矩干扰时跟踪误差较大，其余时间控制性能较好。（3）四旋翼无人机姿态反步滑模控制。将反步控制与滑模控制相结合设计四旋翼无人机姿态控制器，滑模控制可以迫使系统按照预定“滑动模态”的状态轨迹运动，这样可以更好的解决系统参数摄动与外部干扰时系统的控制问题，增加了系统的鲁棒性。结果表明，当系统受到参数摄动与外部力矩干扰时，解决了反步自适应控制精度的问题，但该控制存在“抖震”的问题。（4）基于L2鲁棒自适应的四旋翼无人机姿态控制。根据四旋翼无人机的数学模型，运用反步法推导出L2鲁棒控制器，并将L2鲁棒控制与自适应控制相结合，自适应可动态估计外部

6、干扰，增强了系统的鲁棒性。针对L2鲁棒自适应控制参数较多的问题，本文设计适应度函数，采用改进差分进化算法，对控制器参数进行离线优化。结果表明，当系统受到参数摄动与外部力矩干扰时，系统鲁棒性较强，很好的解决了上述两种方法存在的问题。本文建立了四旋翼无人机的非线性模型，设计四旋翼无人机的姿态控制器，为四旋翼无人机的未来研究提供了理论基础。I关键词：四旋翼无人机，反步自适应，反步滑模，L2鲁棒自适应IIAbstractThequadrotorisakindofsixdegreeoffreedomUAV,whichcanbeusedtotakeoffandlandinga

7、ircraft,itsmaneuverabilityisstrong,thestabilityishigh,theoperationissimpleandsoon,whichmakesitverypopularinthefieldofcivilandmilitary.ButthequadrotorUAVisatypicalsystemwithstrongcouplingandnonlinear,itiseasytobedisturbedbyoutsideenvironment,whichmakesitdifficulttoaccuratelymodel,so,th

8、econt