多旋翼飞行器飞行控制算法研究

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多旋翼飞行器具有机械结构简单、成本低廉、飞行方式独特以及应用领域广泛等优点,使得其越来越受到国内外学者和科研机构的关注,并逐渐成为研究的热点。  本文以多旋翼飞行器飞行控制算法为研究主题,具体如下:  首先,对多旋翼飞行器进行动力学分析,针对不同的多旋翼飞行器结构,建立多旋翼飞行器运动方程组。  其次,忽略陀螺效应,简化飞行器运动方程。利用经典控制理论中比例-速度反馈控制设计飞行控制算法。采用内外环控制结构,内环控制姿态角,外环控制高度和水平位置。仿真结果表明:所设计的控制系统能有效的跟踪阶跃信号、斜坡信号以及一定带宽的正弦信号。  然后,基于反步法原理设计了非线性控制器,采用与比例-速度反馈相似的控制结构,利用多旋翼飞行器运动方程结合反步法原理推导出控制量表达式。仿真结果表明:所设计的控制器不但有效,与比例-速度反馈控制相比,跟踪正弦信号的带宽更宽,而且还能跟踪加速度信号。  最后,考虑实际系统中的不确定性,在反步法的基础上,设计了自适应反步控制器和鲁棒反步控制器。引入动态面原理解决反步法控制律表达式过于复杂的缺点,设计动态面反步控制器,仿真验证控制器的有效性。仿真实验结果表明:在有干扰的情况下,动态面反步控制器的跟踪效果和鲁棒性较好。
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