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四旋翼无人飞行器的智能控制方法研究

李泽国  
【摘要】:四旋翼飞行器是在旋翼无人机平台上发展起来的一个新概念,该系统是一个多输入多输出强耦合欠驱动的六自由度非线性系统。在本论文中将采用牛顿—欧拉形式推导飞行器的动态数学模型、模型的解耦和线性化、系统控制算法的实现、利用MATLAB-Simulink建立仿真模型并对系统进行仿真。 系统的控制包括对高度、姿态角和线速度的控制。PID控制算法要求被控对象有确定的数学模型,在模型不确定时往往难以控制。同时,对PID控制参数的调节也没有准确的理论,主要是依靠经验估计和实验检验这样反复调整得到,这也增加了参数调节的难度,而且PID控制对参数的摄动和环境的干扰没有很好的鲁棒性。 滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制,在动态过程中,根据系统当前的状态值有目的地不断改变系统结构,使系统状态轨迹沿“滑动模态”运动,通过设计滑动模态使其与系统参数摄动和环境扰动无关。为了弥补PID控制的不足,同时为了改善一般滑模控制的动态性能和消弱系统的抖振,在这里提出了基于趋近律的准离散滑模控制,该方法可以实现飞行器的高效控制并具有很好的鲁棒性。 然后使用MATLAB-Simulink仿真软件,分别采用PID控制方法和基于趋近律的准离散滑模控制对四旋翼飞行器控制进行仿真,得到系统的仿真输出。通过系统的仿真输出评价两种控制方法的优缺点。最后将经过仿真的控制算法应用与四旋翼飞行器平台上检验飞行器动态数学模型准确性和控制算法的可行性,实现飞行器的有效控制。


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