基于反演的四旋翼无人飞行器姿态自适应控制.pdf

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1、·电气与自动化·宋召青，等·基于反演的四旋翼无人飞行器姿态自适应控制基于反演的四旋翼无人飞行器姿态自适应控制宋召青，刘晓，赵贺伟。(海军航空工程学院：a．七系，b．研究生管理大队，c．控制工程系，山东烟台264001)摘要：以四旋翼无人飞行器作为被控对象，建立了飞行器姿态的动力学模型。采用反步递推方法进行设计，并构造了李雅普诺夫函数，通过其导出了自适应控制律。在保证控制系统渐进稳定的前提下，针对设计的控制律进行仿真分析，结果表明该方法有效。关键词：四旋翼无人飞行器；反演；姿态；自适应控制中图分类号~TP273．2；V211．8文献标志码：B文章编号：1671-5276(2014)03．0

2、201．03AdaptiveControlAccordingtoBacksteppingQuadrotor’SAttitudeSONGZhao—qing，LIUXiao，ZHAOHe．wei。(NAAU：a．SeventhDepartment；b．GraduateStudentsBrigade；c．DepartmentofControlEngineering，Yantai264001，China)Abstract：Accordingtothequadorrotor，adynamicmodelofUAV"safitudeisestablished．thebacksteppingmethod

3、sareused，fur-thermore，lyapunovfunctionisbuiltandanadaptivecontrolruleisdeducedinthisdesign．Onthepremiseofthecontrolsystemsta-bilty，theadaptivecontrolissimulateo1．Theresultsshowthattheproposedadaptivecontrolruleisfeasible．Keywords：quadorrotor；backstepping；afitude；adaptivecontrol1)飞行器视为刚体，且严格均匀对称；2

4、)飞行器的螺旋桨不可变形；0引言3)飞行器的质心位于机体坐标系的原点。／，，．．．．．=．．．．四旋翼无人飞行器具有非线性、多变量、强耦合和不根据以上的假设，可以建立飞行器的动力学模型，根一／1OO确定性等特点，其布局新颖、结构紧凑，四个旋翼均匀的分据飞行器在两个坐标系的角速度而得到如下的关系：啪●∞布在支架的末端，分别由四个电机独立驱动。四旋翼无人1sinqtanOcos~tanO飞行器能够进行垂直起降、悬停，对场地的要求较小。因0cosq~-sin＼、●●●审●●此在未来战争中，可发挥战术侦察、电磁干扰等功能。但0．s1nq~COS由于建模的不精确性、外围环境的不确定性等综合因素，．

5、——＼、●●●●●／cosOcosO四旋翼无人飞行器的控制仍是学术界的难点。由于飞行器姿态角幅度较小，因此可以根据泰勒公式近年来，学者尝试采用线性化模型以及选取特定工作做出如下简化：sin一，tanO0，c0s一1。因此，可以得点来进行控制，但此类方法具有一定的局限性，不能适应到简化的关系式：复杂多变的状况。如DI控制E3]、PD控制J，虽然实现了／2较强的鲁棒性，但在受到干扰时，控制精度不理想。PID控制和LQ。。控制由于忽略了模型的非线性因素，导致模型的精度较差，影响了控制的精度。其中文献[6—7]睦分别采用了非线性PID控制和专家控制PID，提高了控制的精度。文章[11]通过建立准

6、LPV模型，设计了回路根据动量矩定理，可以得到飞行器绕质心运动的动力成型控制器，该控制器抗干扰能力较强，鲁棒性较好，但忽学方程：略了耦合项及干扰，控制的精度较低。为改善控制的效-jr：M果，研究人员采用现代控制理论来对四旋翼无人飞行器进行控制，如文章[12-18]通过设计非线性自适应控制器的一)pr-J,p,Or=(3)方法，来解决满足参数线性化这类不确定性的问题。采用反步递推设计，对参数的不确定性、外部干扰等因素采用一J,)qp=自适应控制，并利用构造李雅普诺夫函数方法来实现系统的渐近稳定。其中：(Pqr)为飞行器在机体坐标系中的角速度，1数学模型(0妒)为飞行器的姿态角，(，2)为飞

7、行器的四旋翼无人飞行器是一个较为复杂的系统，对其进行转动惯量，．，为电机和旋翼转子的转动惯量，建模，必须做出合理的假定：(MyMz)为飞行器的合外力矩。四旋翼无人飞行作者简介：宋召青(1969-)，山东荣城人，教授，硕导，博士，主要从事智能控制理论及应用的研究。MachineBuildingAutomation，H2014，钉(3)：201～203·201··电气与自动化·宋召青，等·基于反演的四旋翼无人飞行器姿态自适应控制器的合外