本文關(guān)鍵詞：基于無模型自適應(yīng)控制方法的四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)整，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學(xué)》 2015年

基于無模型自適應(yīng)控制方法的四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)整

鄭健  

【摘要】：四旋翼飛行器是由四個螺旋槳驅(qū)動的可以實現(xiàn)多種獨特飛行動作、具有眾多優(yōu)良特性的一類非固定翼飛行器,具有重要的實際應(yīng)用價值。然而,四旋翼飛行器是一個典型的具有強耦合、非線性等許多復(fù)雜特性的多變量系統(tǒng),這使得四旋翼飛行器存在建模難的問題,因而針對四旋翼關(guān)鍵指標(biāo)(如位置、姿態(tài)等)的控制方案設(shè)計也變得相對困難。 無模型自適應(yīng)控制(MFAC)作為一種典型的數(shù)據(jù)驅(qū)動控制算法,對具有非線性、強耦合、時變等特性的系統(tǒng)具有很好的控制效果。因此,本文將數(shù)據(jù)驅(qū)動控制的方法引入到四旋翼飛行器控制算法的設(shè)計中。由于四旋翼飛行器位置與姿態(tài)存在耦合關(guān)系,并且姿態(tài)控制直接決定了位置控制的品質(zhì),所以本文著重研究了四旋翼飛行器的姿態(tài)控制,主要內(nèi)容如下： (1)分析了四旋翼飛行器的運動原理,將四旋翼飛行器的動力學(xué)模型簡化為一個線性時不變系統(tǒng),并據(jù)此設(shè)計了系統(tǒng)的LQR控制器并進(jìn)行了仿真。但該模型忽略了坐標(biāo)系的相對運動以及摩擦、空氣等外力干擾的影響,模型的精度不高,導(dǎo)致LQR控制器仿真效果并不理想。 (2)為了解決四旋翼飛行器建模困難的問題,利用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動控制的方法來設(shè)計四旋翼飛行器的控制方案。首先,為了避免參數(shù)整定的繁瑣,引入了基于模糊自整定的PID控制方法。其次,針對四旋翼飛行器這類含有二階積分的非自衡系統(tǒng),提出了帶有一階差分和二階差分的改進(jìn)的MFAC(Improved MFAC, IMFAC)方案。最后,將PID與MFAC相將結(jié)合,針對四旋翼飛行器設(shè)計了MFAC-PID串級控制和基于IMFAC外環(huán)補償?shù)腜ID綜合控制方案。 (3)在Simulink平臺搭建控制器仿真模塊,并進(jìn)行了仿真。通過對比發(fā)現(xiàn),使用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動控制方法設(shè)計的控制器,包括模糊PID、IMFAC、MFAC-PID串級控制、基于IMFAC外環(huán)補償PID控制,比基于線性時不變模型設(shè)計的LQR控制器具有更好的效果。特別地,改進(jìn)的IMFAC、MFAC-PID綜合控制方案相較于模糊PID控制具有更小的穩(wěn)態(tài)誤差和更快的相應(yīng)速度。此外,MFAC-PID綜合控制方案的抗干擾能力最強,控制效果最好。 (4)基于四旋翼飛行仿真器實物平臺和MATLAB/simulink軟件平臺,分別進(jìn)行了LQR、模糊PID和MFAC-PID串級控制對階躍響應(yīng)的多個實時控制實驗。針對四旋翼飛行器可能遇到的干擾形式,進(jìn)行了四旋翼飛行器抗內(nèi)干擾和外干擾的實時控制實驗。實驗結(jié)果表明,四旋翼飛行器的MFAC-PID串級控制方案相較LQR、模糊PID控制器有著更好的跟蹤能力和擾動抑制能力。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V249.1
【目錄】：

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