四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

论文摘要

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。

论文目录

• 0 引 言
• 1 问题描述
•   1.1 数学模型的建立
•   1.2 飞行速度的不确定性
• 2 非线性控制器的设计
•   2.1 QBall2的空间状态模型
•   2.2 姿态控制器的设计
•     1)俯仰角控制器设计
•       （1）定义俯仰角的动态跟踪误差为:
•       （2）定义俯仰角角速度的误差变量,为:
•       （3）设计李雅普诺夫函数V2如下式所示:
•     2)姿态稳定性分析
•   2.3 位置控制器的设计
•     1)高度控制器设计
•       （1）定义高度通道期望的高度与实际的高度误差为:
•       （2）定义高度即Z轴方向线速度误差变量为:
•     2)位置控制稳定性分析
• 3 扩张观测器设计
• 4 实验验证与结果分析
•   4.1 实验验证平台描述
•   4.2 实验结果分析
• 5 结 论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 范云生,何智平,曹健,王国峰

关键词: 四旋翼飞行器,轨迹跟踪,扩张观测器,积分型反步法

来源: 仪器仪表学报 2019年10期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 航空航天科学与工程

单位: 大连海事大学船舶电气工程学院

基金: 国家自然科学基金(51609033),辽宁省自然科学基金(20180520005),中央高校基本科研业务费专项基金资金(3132019005)项目资助,大连海事大学研究生教育教学改革(YJG2019403)项目资助

分类号: V279;V249.1

DOI: 10.19650/j.cnki.cjsi.J1904872

页码: 247-256

总页数: 10

文件大小: 4636K

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