微小型直升机自抗扰飞行控制

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1、第31卷第2期2012年4月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnoIogyV01．31No．2Apr．2012微小型直升机自抗扰飞行控制+常冠清，范国梁，常红星(中国科学院自动化研究所综合信息系统研究中心·北京·looL90)摘要：针对微小型直升机建模困难，动态模型中不仅舍有较多的未知动态，且飞行中内外扰动均比较大的问题，提出一种基于自抗扰控制的飞行控制方法。该方法不仅可以确保微小型直升机六自由度方向上的稳定准确跟踪控制，而且可实时估计并补偿未知动态影响。通过盘旋上升模态下飞行仿

2、真验证了此控制方法的有效性和鲁棒性。关键词：微小型直升机；自抗扰控制；扩张状态观测器；盘旋飞行中图分类号：V212．4；V249．1文献标志码：A文章编号：1674—5620(2012)02—0030—05ActiveDisturbance—RejectionFlightControlofaMiniatureHelicopterCHANGGuanqing，FANGuoliang，CHANGHongxing(ResearchCeIlLPrnfImegrated111formation，Institute。fAuto

3、mati。n，theChineseAcademy。fSciences，Be幻mg100l90)Abstract：M。delingofamlniaturehelicopterisc。mplicatedbecauseitinv01vesnumerousunkn0、ⅣI】dynallllcsandhighinternalandexternaldlsturbancesduringflights．Thispaperpr。posesaflightcontr01schemebased。nactivedisturbancerqe

4、ctioncontr01．Thismcthodn。tonlyensuresstableandaccuratetrackingcontrolinsixdegrees。ffreedom．buta【soestimatesandcompensatestheeffectofunknowndynamicsinrca卜time．Simulationresultsofspiral11ightsvaLLdatetheefficiencyandrobustnessofthecontrolalgorlthm．KeywoHls：Mini

5、atureHellcupter；ActiveDisLurballce—Rejectioncontrol；Extendedstak(]hserver；spjralFllght0引言微小型直升机是一种空中机器人，具有独特的飞行性能和使用价值，在军事和民用领域均具有广泛的应用前景[1。]。微小型直升机·般指主旋翼直径在1．5m左右的无人直升机系统，是一个多变量、强非线性、强耦合、时变、易受干扰的高阶系统，要较好地实现自主飞行控制需面临多方面挑战。其中最重要的是微小型直升机具有较多的未知动态和干扰，精确动态模型难以获取。

6、传统的分析和综合方法是：通过机理分析，建立数学模型；对模型进行局部线性化，建立参数化小扰动方程；再根据实验数据对模型参数进行辨识，得到线性化的动态模犁。在此基础上多通道PID(比例积分微分)控制被较多地应用到微小型无人直升机的飞行控制上口]。但这种线性化模型建模误差较大，不适应多模态飞行要求，日．PID控制不能有效应对模型未知动态的影响，鲁棒性较差。为适应多模态鲁棒飞行要求，近年来微小型直升机的非线性动态模型较多地被作为飞行控制器设计基础，相应产生了许多先进的非线性控制方法设计微小型直升机的自主飞行控制器，比如反

7、馈线性化方法[⋯．动态逆控制[5]以及Backstepping(反步法)控制卧1等。虽然这些控制方法口J-有效应对非线性解耦问题，但前提是必须已知准确的模型动态．这对微小型直升机基本是不现实的。为了有效应对微小型直升机模型未知动态的影响，上述方法经常和神经网络控制口一、模糊控制[83相结合设计鲁棒飞行控制器。这种控制策略在提高控制性能的同时也使控制算法变得复杂，计算量增大，理论分析困难，稳定性难以证明，不利于实际控制应用。自抗扰控制阳1。1方法是近十几年逐渐发展起来的一种新型控制方法。针对控制理论和控制工程严重脱

8、节的问题，自抗扰控制一方面继承了P1D控制*收稿日期；20ll—ll一22；修回日期：2011一12—22基金项目：国家自然科学基金(60904006)；中国科学院科技创新基金(cxJJ-一11一M1o)第一作者简介：常冠清(1984)，男，博士研究生，主要研究方向为无人机智能控制、姿态估计等；Email：guanqln爵chang@ia．ac．cn第2期常冠清，等：微小