【摘要】：本文主要針對四旋翼飛行器有界輸出控制進(jìn)行了研究,系統(tǒng)輸出為四旋翼飛行器實(shí)際的位置和姿態(tài)。在四旋翼飛行器實(shí)際飛行中,為了保證系統(tǒng)的安全,通常會對系統(tǒng)輸出的值域做出嚴(yán)格限制或者保證系統(tǒng)輸出的超調(diào)量保持在一定的范圍內(nèi)。本文的主要控制目標(biāo)為設(shè)計(jì)有界輸出控制器使得四旋翼飛行器系統(tǒng)不僅能保證所有信號一致有界,而且能夠保證系統(tǒng)輸出始終保持在預(yù)先設(shè)定的安全范圍內(nèi)。本文的主要研究內(nèi)容有以下幾個方面:(1)對四旋翼飛行器的機(jī)械結(jié)構(gòu)以及它的飛行原理進(jìn)行了分析,建立了地面坐標(biāo)系和機(jī)體坐標(biāo)系以便對四旋翼飛行器進(jìn)行受力分析,采用牛頓-歐拉法對它進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,并介紹了本文所用Qba112實(shí)驗(yàn)平臺。(2)為了改善四旋翼飛行器實(shí)際起飛時超調(diào)過大問題,提出了一種基于障礙Lyapunov函數(shù)的有界輸出控制方案,該方案利用障礙Lyapunov函數(shù)將傳統(tǒng)滑模面約束在一定的范圍內(nèi),從而使系統(tǒng)輸出始終保持在安全的范圍內(nèi),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明四旋翼飛行器系統(tǒng)不僅能保證所有信號一致有界,而且能夠保證系統(tǒng)輸出始終保持在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)。(3)在四旋翼飛行器實(shí)際飛行過程中,由于受到外部干擾的影響以及硬件系統(tǒng)的限制,很難得到姿態(tài)子系統(tǒng)之間耦合項(xiàng)的精確值,往往會導(dǎo)致系統(tǒng)很難控制、性能很差。為了解決上述問題,在上一章的基礎(chǔ)上提出了一種具有有界輸出的四旋翼飛行器分散控制方案,利用分散控制來處理姿態(tài)系統(tǒng)之間的耦合項(xiàng),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)控制方案的有效性。(4)針對四旋翼飛行器姿態(tài)子系統(tǒng)之間未知耦合項(xiàng)、未知轉(zhuǎn)動慣量以及有界輸出問題,提出了一種基于預(yù)定性能函數(shù)的分散控制器,通過分散控制來解決姿態(tài)系統(tǒng)之間的耦合項(xiàng),利用Nussbaum函數(shù)來處理未知轉(zhuǎn)動慣量,利用預(yù)定性能函數(shù)使系統(tǒng)輸出誤差能夠收斂到預(yù)先設(shè)定的區(qū)間內(nèi),從而來保證系統(tǒng)輸出始終保持在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi),仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明了所設(shè)計(jì)控制方案的有效性。
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V249.1
【圖文】：

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本文編號：2746727