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《哈尔滨工业大学》 2013年
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无人机非线性姿态控制研究

徐喆垚  
【摘要】:近年来随着无人机在军事、科学实验等多个方面的广泛应用,无人机已经成为了研究的热门。无人机的控制作为无人机高效完成任务的基础也提出了更高要求。无人机控制对象是多输入多输出非线性控制系统,随着对现代无人机性能要求的不断提高,传统的线性化控制系统设计方法已很难满足实际要求。本文主要研究无人机的非线性控制方法。 首先建立了无人机六自由度数学模型,并仿真分析了系统在无控制下各状态的变化情况,表明系统是极不稳定的。然后研究了非线性动态逆方法,对无人机的数学模型进行分析,设计了无人机内外回路动态逆姿态控制器,并对无人机姿态控制进行仿真,分析了控制器的多变量解耦效果和鲁棒性。表明系统在模型精确的条件下,可以实现精确的线性化控制,但是仍存在鲁棒性不好的缺点。针对非线性动态逆控制的不足之处,提出动态逆结合分数阶PID控制方法。分数阶PID是在传统PID的基础上引入分数阶微积分,文中研究了分数阶的Oustaloup数字实现算法,并比较了其相对于传统PID的优越性。仿真表明将分数阶PID结合动态逆控制方法使系统鲁棒性明显提高。 最后研究无人机的自抗扰控制方法。研究并分析了自抗扰跟踪微分器,扩张状态观测器和多变量解耦控制方法。针对无人机对象设计了内外回路控制,通过反馈线性化实现了多变量解耦控制。仿真分析控制系统的快速性、准确性和风扰动、气动参数摄动下的鲁棒性,表明控制系统在各方面均表现良好的控制性能,满足控制系统设计要求。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:V249.1;V279

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