四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究

《四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第32卷第3期计算机仿真2015年3月文章编号：1006—9348(2015)03—0042—06四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究张建明，邱联奎，刘启亮(河南科技大学信息工程学院，河南洛阳471003)摘要：微小型四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合的非线性系统。针对四旋翼飞行器控制中的姿态控制优化进行研究，建立了四旋翼飞行器完整的姿态运动模型，为提高系统响应速度和抗干扰性，在反演控制基础上与自适应和滑模控制方法相结合，根据Lyapunov稳定性进行控制系统设计，并选取合适的控制参数使所设计的控制系统是渐进稳定的，最终设计了一种基于自适应反演

2、滑模算法的姿态控制器。通过计算机仿真软件进行验证，结果表明所设计的控制器与其它算法相比具有更快的响应时间和很强的鲁棒性。关键词：四旋翼；自适应；反演；滑模；姿态控制中图分类号：TP301．6文献标识码：BResearchonFour——RotorAircraftAttitudeControlwithAdaptiveBacksteppingSlidingModeAlgorithmZHANGJian-ming，QIULian-kui，LIUQi-liang(InformationEngineeringCoHege，HenanUniversityofS

3、cienceandTechnology，LuoyangHenan471003，China)ABSTRACT：Microfour-rotoraircraftisaunder-driven，stronglycouplednonlinearsystem．Thispaperfocusedonthestudyofthefour-rotoraircraftattitudecontr01．Inthispaper，weestablishedafour—rotoraircraftattitudecom-ptetelymathematicalmodel．Combin

4、edthebacksteppingcontrolbasicideawithadaptiveandslidingmodecontrolmethod，wedesignedthecontrolsystembasedonLyapunovstabilitycriterion，andselectedtheappropriatecontrolpa-rameterstoensurethatthedesignofthecontrolsystemisasymptoticallystable．Finally，wedesignedanattitudecon—trolle

5、rbasedonadaptivebacksteppingslidingmodelalgorithm．Verifiedbycomputersimulationsoftware，theresultsshowthatcomparedwiththecontrollerwithotheralgorithm，ourdesignhasafasterresponsetimeandmorerobust．KEYWORDS：Four-rotoraircraft；Adaptive；Backstepping；Slidingmodel；Attitudecontrol1引言四

6、旋翼飞行器是一种结构简单、成本低、机动性好、可垂直起降的非共轴飞行器，同时其还具有机动性高、控制灵活、稳定性好、相比同尺寸单旋翼飞行器升力大等优点¨o。虽然早在1907年法国的Breguet兄弟就实现了四旋翼飞行器的首次飞行，但此后很长的几十年中并没有取得较大的进展。近几十年来，随着微机电、新型材料、惯导技术和控制技术的发展，微小型四旋翼飞行器得到了国内外研究人员的广泛关注心J，其在边境巡逻、军事侦察、资源勘探、灾情监视等军事和民用领域具有广阔的应用前景，也使其成为飞行器控制领域的研究热点旧J。虽然四旋翼飞行器物理结构简单，但作为一个典型的非线性

7、欠驱动系统，它的非线性，强耦合性使得这个多变量系统相对复杂HJ。此外在其飞行时，还受到气流扰动、陀螺效收稿El期：2014—06—04—42一应等因素的影响，很难建立起非常精准的数学模型。因此要求所设计的控制系统必须具有较强的鲁棒性和模型弱相关性。在过去的这些年中，为了控制四旋翼飞行器的姿态和位置，人们已经研究了许多不同的控制方法。由于四旋翼飞行器需要用四个输入量控制三个姿态输出和三个位置输出，姿态与位置控制存在耦合，其姿态角的变化直接影响飞行器的飞行位置，因此对飞行器姿态的控制直接决定了飞行器控制效果。常用姿态控制算法有非线性PID控制怕]，神

8、经网络控制№J、滑模控制o7

9、、鲁棒补偿呻j、嵌套饱和控制一1和反演控制【1““1。其中反演法直接利用Lya—punov稳定性理论，通过