【摘要】：四旋翼無(wú)人機(jī)具有垂直起飛和降落、定點(diǎn)懸停、飛行靈活等特點(diǎn),且能夠很好地適應(yīng)各種復(fù)雜環(huán)境,執(zhí)行各種復(fù)雜任務(wù),在軍事和民用方面具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,由于其動(dòng)力學(xué)模型具有欠驅(qū)動(dòng)、高度非線性以及強(qiáng)耦合等特性,這給控制器的設(shè)計(jì)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。此外,四旋翼無(wú)人機(jī)作為一個(gè)多傳感器、多執(zhí)行器的復(fù)雜系統(tǒng),在實(shí)際的飛行過(guò)程中,不可避免的會(huì)發(fā)生執(zhí)行器或傳感器故障。為了確�？刂葡到y(tǒng)的穩(wěn)定性以及可靠性,且能準(zhǔn)確快速地完成既定任務(wù),對(duì)飛行器進(jìn)行容錯(cuò)控制研究具有重要意義。為此,本課題針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)欠驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行容錯(cuò)控制研究,分別從以下幾個(gè)方面展開(kāi)研究:針對(duì)綜合了四種不同類型傳感器故障的四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)模型,同時(shí)考慮參數(shù)不確定和外部擾動(dòng),提出了基于動(dòng)態(tài)面的模糊自適應(yīng)容錯(cuò)控制策略。首先,對(duì)模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換,對(duì)于歐拉角環(huán),將未知的傳感器故障轉(zhuǎn)化為非匹配不確定,而對(duì)于角速度環(huán),將傳感器故障、不確定參數(shù)以及外部擾動(dòng)整合成總的未知非線性函數(shù)向量。然后利用模糊邏輯系統(tǒng)對(duì)上述非匹配不確定和總的非線性項(xiàng)進(jìn)行在線逼近。接著將動(dòng)態(tài)面控制方法與滑模控制相結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)容錯(cuò)控制器,使控制誤差收斂到更小的界內(nèi)。針對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)的六自由度欠驅(qū)動(dòng)模型,進(jìn)行傳感器容錯(cuò)控制器設(shè)計(jì)。將位于位移環(huán)和歐拉角環(huán)的傳感器故障等效轉(zhuǎn)化為非匹配不確定,將線速度環(huán)和角速度環(huán)中的故障項(xiàng)、不確定參數(shù)以及外部擾動(dòng)整合為總的未知非線性函數(shù)向量,并用模糊邏輯系統(tǒng)對(duì)上述非匹配不確定項(xiàng)和總的未知項(xiàng)進(jìn)行逼近。此外,采用Nussbaum技術(shù)處理未知控制增益問(wèn)題,然后再基于指令濾波反步法進(jìn)行容錯(cuò)控制器的設(shè)計(jì),且在最后一步中引入滑�？刂�,建立整個(gè)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。針對(duì)輸入飽和下的四旋翼無(wú)人機(jī)欠驅(qū)動(dòng)模型,同時(shí)考慮不確定參數(shù)、外界擾動(dòng)以及執(zhí)行器失效故障問(wèn)題,提出一種基于Nussbaum的模糊自適應(yīng)容錯(cuò)控制策略。利用雙曲正切函數(shù)逼近執(zhí)行器的飽和特性,并將其轉(zhuǎn)化為控制輸入的仿射形式。對(duì)于未知故障造成的控制增益未知問(wèn)題,引入Nussbaum技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理,從而很好地避免了控制器奇異問(wèn)題。利用模糊邏輯系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)中的未知函數(shù)進(jìn)行逼近;最后在反步法設(shè)計(jì)過(guò)程中,引入改進(jìn)型的滑模濾波器以及滑�？刂品謩e設(shè)計(jì)位置和姿態(tài)容錯(cuò)控制器,建立整個(gè)系統(tǒng)的漸近穩(wěn)定性。
【圖文】：

章 四旋翼無(wú)人機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型和預(yù)備翼無(wú)人機(jī)的容錯(cuò)控制之前，先對(duì)四旋翼無(wú)人機(jī)要闡述，接著對(duì)執(zhí)行器故障以及不同類型傳感研究中所涉及的基本理論知識(shí)。首先在 2.1 節(jié)自由度欠驅(qū)動(dòng)模型進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹；接著在 2.2 旋翼無(wú)人機(jī)的執(zhí)行器和傳感器故障進(jìn)行分析建利用到的相關(guān)控制算法及定理。機(jī)模型機(jī)在空間中有六個(gè)自由度，既可以沿著三個(gè)坐坐標(biāo)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示[64

2) 執(zhí)行器飽和故障執(zhí)行器飽和故障是指旋翼的轉(zhuǎn)速增加到一定值后，就不再響應(yīng)系統(tǒng)的控制指令，使得系統(tǒng)的響應(yīng)速度下降，如圖 2-3 所示，數(shù)學(xué)模型可以表達(dá)為：,out inu u u u(2-18)其中：u 表示電機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速時(shí)的執(zhí)行器輸出。tF圖 2-2 執(zhí)行器失效故障 圖 2-3 執(zhí)行器飽和2.2.2 傳感器故障1) 固定偏差故障固定偏差故障是指?jìng)鞲衅鞯臏y(cè)量值始終與真實(shí)值存在一個(gè)固定的差值，該故障往往是由于傳感器的零點(diǎn)漂移造成的。以時(shí)間為橫軸，傳感器的輸出為縱軸，示意圖如圖 2-4 所示，其對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可描述為： ,out in F c t t t(2-19)其中：in 表示傳感器所采集狀態(tài)量的實(shí)際值，out 表示傳感器的輸出， c t 為常數(shù)，且滿足 0, 0Fc t c t 。2) 漂移故障漂移故障是在飛行過(guò)程中由于受到外界環(huán)境的影響(如溫度、濕度等的變化)
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V279;V249.1

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 郝偉;鮮斌;;四旋翼無(wú)人機(jī)姿態(tài)系統(tǒng)的非線性容錯(cuò)控制設(shè)計(jì)[J];控制理論與應(yīng)用;2015年11期

2 魏青銅;陳謀;吳慶憲;;輸入飽和與姿態(tài)受限的四旋翼無(wú)人機(jī)反步姿態(tài)控制[J];控制理論與應(yīng)用;2015年10期

3 王樹(shù)源;;國(guó)外軍用無(wú)人機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J];硅谷;2014年18期

4 楊薈a，

本文編號(hào)：2660985