飛行器軌跡跟蹤控制探究范文

本站小編為你精心準(zhǔn)備了飛行器軌跡跟蹤控制探究參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：針對四旋翼飛行器提出一種基于模糊自適應(yīng)控制的自適應(yīng)軌跡跟蹤控制算法。在外界氣流及姿態(tài)轉(zhuǎn)動模型干擾的影響下，保證了位置及姿態(tài)角可以快速、精準(zhǔn)地進(jìn)行軌跡跟蹤。位置控制器為解決飛行器在外界干擾下失衡或反應(yīng)不靈敏的問題，設(shè)計自適應(yīng)算法，提高了飛行器對外界干擾離的適應(yīng)性。姿態(tài)控制器為消除轉(zhuǎn)動干擾力矩的問題，設(shè)計模糊自適應(yīng)控制算法，對干擾進(jìn)行模糊化并根據(jù)擾動的強(qiáng)弱而調(diào)節(jié)模糊輸出的大小。利用Lyapunov理論，證明整個閉環(huán)系統(tǒng)全局漸近穩(wěn)定。仿真結(jié)果表明，該控制器對外界干擾具有較強(qiáng)的魯棒性。

關(guān)鍵詞：四旋翼飛行器；自適應(yīng)；模糊；軌跡跟蹤

0引言

旋翼類飛行器能夠進(jìn)行垂直起降、懸停、曲線循跡［1－2］等多種復(fù)雜的空間運(yùn)動，具有快速性、靈活性、精準(zhǔn)性等特點。近幾年，飛行器空前巨大的市場前景而備受學(xué)者的關(guān)注。飛行器可進(jìn)行遙控和自主飛行，并具有較好的精確性、快速性、抗干擾性等特點。飛行器具有兩種空間坐標(biāo)系六種相關(guān)聯(lián)的自由度，卻只有四種控制輸出，是典型的欠驅(qū)動系統(tǒng)［3］，其具有多輸入多輸出、非線性、強(qiáng)耦合等特點，采用模糊、自適應(yīng)、觀察器、滑模控制、內(nèi)外雙閉環(huán)等控制算法［4－10］。文獻(xiàn)［11］采用雙閉環(huán)滑模控制系統(tǒng)，并在外環(huán)自適應(yīng)、內(nèi)環(huán)加入干擾觀測器，使飛行器具有較好的抗干擾性和跟蹤精度。文獻(xiàn)［12］針對飛行器慣性參數(shù)不確定的情況，提出了一種濾波補(bǔ)償?shù)膮?shù)不確定自適應(yīng)軌跡跟蹤控制。在位置、姿態(tài)控制器的基礎(chǔ)上添加了線性微分跟蹤器以及慣性參數(shù)估計器，基于輸入輸出位置、姿態(tài)穩(wěn)定性理論構(gòu)造的控制律和慣性參數(shù)估計律，導(dǎo)出的姿態(tài)信號再運(yùn)用線性微分跟蹤器進(jìn)行指令動態(tài)補(bǔ)償，避免了軌跡跟蹤控制對時標(biāo)分離的依賴。文獻(xiàn)［13］針對帶有模型參數(shù)不確定和風(fēng)微擾狀況，提出了一種全局動態(tài)魯棒性控制策略，設(shè)計了模型預(yù)測控制器來實現(xiàn)直線運(yùn)動部分的動態(tài)實時控制。引入全局魯棒滑模控制方法，來穩(wěn)定四旋翼飛行器在參數(shù)不確定和風(fēng)微擾情況下的旋轉(zhuǎn)姿態(tài)行為和直線運(yùn)動。飛行器多進(jìn)行戶外勘測，考慮到近地效應(yīng)、槳葉揮舞、陣風(fēng)等外界干擾的影響，對多種力學(xué)模型的對比分析［14－18］，采用歐拉－拉格朗日動力學(xué)模型，因此飛行器必須具有抗外界干擾的魯棒性。本文設(shè)計了基于滑模自適應(yīng)控制的軌跡跟蹤自適應(yīng)控制算法，提高了系統(tǒng)的靈敏度，完成了高精度的軌跡跟蹤控制。

1飛行器運(yùn)動模型

四旋翼飛行器由十字交叉的四個直流無刷電機(jī)提供動力，通過改變螺旋槳的轉(zhuǎn)速進(jìn)而完成飛行器的升降、翻滾、航偏等飛行動作。同時飛行器的空間運(yùn)動將通過慣性坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到剛體坐標(biāo)系的姿態(tài)角變換上，如當(dāng)W1≠W3，W2=W4將進(jìn)行俯仰，W2≠W4，W1=W3時將進(jìn)行翻滾，W1=W3≠W2=W4時進(jìn)行航偏，當(dāng)W1～W4之和垂直方向的升力與重力的大小決定升降變換。

2控制器設(shè)計

飛行器的控制系統(tǒng)可分為三部分:(1)控制信號發(fā)生器;(2)外環(huán)位置子系統(tǒng)自適應(yīng)控制器和姿態(tài)子系統(tǒng)控制;(3)位置和姿態(tài)子系統(tǒng)。發(fā)生器產(chǎn)生飛行器所期望的飛行軌跡的位置和ψ期望姿態(tài)角，經(jīng)由外環(huán)位置控制器產(chǎn)生θ、期望姿態(tài)角，并傳遞給內(nèi)環(huán)姿態(tài)控制器由內(nèi)環(huán)消除外環(huán)誤差;位置和姿態(tài)子系統(tǒng)用來產(chǎn)生新的位置和姿態(tài)角等信息并反饋給位置控制形成閉環(huán)。

3.結(jié)語

針對軌跡跟蹤類飛行器，設(shè)計一種高精度的自適應(yīng)算法，通過自適應(yīng)控算法，減少外界干擾的影響;并設(shè)計一種模糊自適應(yīng)算法，進(jìn)一步地消除氣動干擾和轉(zhuǎn)動慣性誤差等，從而減少滑膜抖振的影響。理論分析和仿真都表明，所設(shè)計的控制器具有較好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，這種基于模糊自適應(yīng)控制策略對于飛行器克服外界及轉(zhuǎn)動干擾具有較好的參考意義。

作者：馬耀名；呂玉恒 單位：遼寧工程技術(shù)大學(xué)電氣與控制工程學(xué)院