【摘要】：四旋翼飛行器在各個領(lǐng)域有廣泛的應用,具有重要的實際應用價值。四旋翼飛行器的控制系統(tǒng)是影響飛行品質(zhì)的重要組成部分,針對四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)設計問題一直是研究的熱點。本文以四旋翼飛行器這種結(jié)構(gòu)復雜的多入多出非線性系統(tǒng)為研究對象,針對受擾情況下的四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)節(jié)的問題,以多入多出緊格式無模型自適應控制(Compact Form Dynamic Linearization Model-free Adaptive Control,CFDL-MFAC)算法為基礎(chǔ),設計了兩種擾動抑制能力強的控制器,主要研究內(nèi)容如下:(1)針對四旋翼飛行器系統(tǒng),在研究了傳統(tǒng)多入多出緊格式MFAC算法魯棒性的基礎(chǔ)上,對傳統(tǒng)算法進行改進,提出了含抑制矩陣的改進MFAC算法(Restrained MFAC,RMFAC),并在理論上分析了改進算法的收斂性能。通過對四旋翼飛行控制器進行多組抗干擾的仿真實驗說明,RMFAC控制器具有一定的抗干擾能力,且RMFAC控制器的魯棒性比傳統(tǒng)MFAC控制器的魯棒性強。(2)為了進一步提高控制器抑制內(nèi)部擾動的能力,將RMFAC控制器與自抗擾控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技術(shù)相結(jié)合,針對四旋翼飛行器設計出了一種ADRC-RMFAC飛行控制器。通過對飛行控制器進行多組抗干擾的仿真實驗說明,ADRC-RMFAC控制器具有較強的干擾抑制能力,且ADRC-RMFAC控制器的魯棒性強于傳統(tǒng)MFAC控制器和ADRC控制器的魯棒性。(3)以四旋翼飛行仿真器為平臺,對傳統(tǒng)MFAC控制器、ADRC控制器、RMFAC控制器和ADRC-RMFAC控制器進行了多組抗干擾的實時控制實驗。在實驗中,考慮了系統(tǒng)內(nèi)部擾動和系統(tǒng)外部擾動的影響。實驗結(jié)果表明,RMFAC控制器在實時控制中的干擾抑制能力比傳統(tǒng)MFAC控制器的干擾抑制能力強;ADRC-RMFAC控制器在實時控制中的干擾抑制能力強于傳統(tǒng)MFAC控制器和ADRC控制器的干擾抑制能力。
【圖文】：

圖３－３俯仰角階躍信號的響應曲線逡逑Ｆｉｇ．邋３－３邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｐｉｔｃｈ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑各控制器的翻轉(zhuǎn)角響應曲線如圖３－４所示，各控制器的翻轉(zhuǎn)角響應的具體性逡逑能指標如表３－３所不。逡逑１．５邋邐邐邐’邐—邐邐ｒ邐－ｎ邐￣￣￣￣￣｜逡逑期望逡逑—－ＭＦＡＣ逡逑—ＲＭＦＡＣ逡逑ＴＩ￣＾逡逑？邋Ｉ逡逑忠ｉ逡逑勵！逡逑０．５邋？逡逑Ｉ＿一」逡逑０邐４邐８邐１２邐１６邐２０逡逑時間＜ｓ）逡逑圖３－４翻轉(zhuǎn)角階躍信號響應曲線逡逑Ｆｉｇ．邋３－４邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑表３－３翻轉(zhuǎn)角階躍信號響應的性能指標逡逑Ｔａｂ．邋３－３邋Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｉｎｄｅｘ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｇｌｅ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑控制方法邐過渡時間邐超調(diào)量邐穩(wěn)態(tài)誤差逡逑ＭＦＡＣ邐０８ｓ邐０．０１％邐０．０１％逡逑邐ＲＭＦＡＣ邐Ｉｓ邐０．０１％邐０．０１％邐逡逑各控制器的偏航角響應曲線如圖３－５所示

邐２０逡逑時間（ｓ）逡逑圖３－３俯仰角階躍信號的響應曲線逡逑Ｆｉｇ．邋３－３邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｐｉｔｃｈ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑各控制器的翻轉(zhuǎn)角響應曲線如圖３－４所示，，各控制器的翻轉(zhuǎn)角響應的具體性逡逑能指標如表３－３所不。逡逑１．５邋邐邐邐’邐—邐邐ｒ邐－ｎ邐￣￣￣￣￣｜逡逑期望逡逑—－ＭＦＡＣ逡逑—ＲＭＦＡＣ逡逑ＴＩ￣＾逡逑？邋Ｉ逡逑忠ｉ逡逑勵！逡逑０．５邋？逡逑Ｉ＿一」逡逑０邐４邐８邐１２邐１６邐２０逡逑時間＜ｓ）逡逑圖３－４翻轉(zhuǎn)角階躍信號響應曲線逡逑Ｆｉｇ．邋３－４邋Ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｇｌｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑表３－３翻轉(zhuǎn)角階躍信號響應的性能指標逡逑Ｔａｂ．邋３－３邋Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ邋ｉｎｄｅｘ邋ｏｆ邋ｒｏｌｌ邋ａｎｇｌｅ邋ｒｅｓｐｏｎｓｅ邋ｕｎｄｅｒ邋ｓｔｅｐ邋ｓｉｇｎａｌ逡逑控制方法邐過渡時間邐超調(diào)量邐穩(wěn)態(tài)誤差逡逑ＭＦＡＣ邐０８ｓ邐０．０１％邐０．０１％逡逑邐ＲＭＦＡＣ邐Ｉｓ邐０．０１％邐０．０１％邐逡逑各控制器的偏航角響應曲線如圖３－５所示，各控制器的偏航角響應的具體性逡逑能指標如表３－４所示。逡逑３０逡逑
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V249.1

【參考文獻】

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本文編號：2648853