【摘要】：四旋翼無人機憑借能夠垂直起降、自主懸停和控制靈活等優(yōu)點,獲得軍事和民用領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。然而由于其工作環(huán)境復(fù)雜多變,四旋翼無人機在運行過程中很容易發(fā)生故障,嚴重影響飛行品質(zhì),甚至導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰,因此對四旋翼無人機的容錯控制問題的研究具有很重要的現(xiàn)實意義。本文主要針對執(zhí)行器故障下四旋翼無人機的容錯控制展開了深入研究。首先,簡單總結(jié)了容錯控制在四旋翼無人機上的應(yīng)用,闡述了四旋翼無人機的結(jié)構(gòu)組成和飛行原理,分析了執(zhí)行器故障類型及模型,并建立了四旋翼無人機六自由度動力學(xué)模型。其次,針對執(zhí)行器乘性故障設(shè)計容錯控制器。建立了執(zhí)行器乘性故障下四旋翼無人機模型,針對此類故障,同時避免在初始誤差較大的情況下出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象,引入分數(shù)階因子,設(shè)計自適應(yīng)分數(shù)階滑�？刂破�(Adaptive Fractional Order Sliding Mode Controller,AFOSMC)。通過自適應(yīng)律實時估計執(zhí)行器故障對系統(tǒng)的影響,進而調(diào)整控制器參數(shù),從而使系統(tǒng)在執(zhí)行器故障下依然能穩(wěn)定飛行。再次,針對執(zhí)行器加性故障設(shè)計容錯控制器。建立執(zhí)行器加性故障下四旋翼無人機故障模型,針對執(zhí)行器加性故障設(shè)計了基于干擾觀測器的自適應(yīng)控制器設(shè)計。將執(zhí)行器故障、建模誤差、外界干擾等一并作為執(zhí)行器故障,通過有限時間干擾觀測器得到故障估計值,進而完成自適應(yīng)控制器參數(shù)調(diào)整,保證執(zhí)行器加性故障下四旋翼無人機的跟蹤性能。最后,將兩種容錯算法在Quanser UAV實驗平臺進行實驗驗證。分別設(shè)計AFOSMC和基于觀測器的自適應(yīng)控制器,進行定點懸停實驗,在懸停過程中分別為電機施加乘性故障與加性故障,驗證算法的實用性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279;V249.1
【圖文】：

；六旋翼、八旋翼結(jié)構(gòu)解決執(zhí)行器故障問題等。然而由于旋翼數(shù)量增加制難度、制作與維護成本大大增加。此外由于小型旋翼無人機機體空間增加額外的傳感器，因此小型旋翼無人機容錯控制系統(tǒng)的研究得到了更注。FTCS 需要具備自動調(diào)節(jié)其功能失效的能力，在功能失效的情況下能總體穩(wěn)定性，因此也稱自我修復(fù)、再配置、重構(gòu)或自我設(shè)計控制系統(tǒng)。TCS 就能實現(xiàn)元件故障情況下無人機飛行器的穩(wěn)定飛行，無需額外增加制造成本和維護成本，因此對四旋翼無人機的容錯控制研究具有非常重義。四旋翼無人機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀微型多旋翼飛行器研究始于美國軍方無人機的項目，項目有兩個研究方價分布式協(xié)同搜尋控制技術(shù)和微型多旋翼飛行器。美國斯坦福大學(xué)的研研制了名為 Mesicopter 的微型多旋翼飛行器，如圖 1-3 所示。該飛行器體約等同一枚硬幣，由微電機驅(qū)動直徑為 3mm 的微旋翼完成飛行。

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文商，該公司于 2010 年推出的 MD4-1000 四旋翼無人機是目前全球范圍內(nèi)最大型的旋翼無人機，在飛行時間、航程等方面具有極大的優(yōu)勢，取得巨大成功。如圖 1所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溺水人員，MD4-1000 無人機在水面上空快速飛向溺水者(在這個環(huán)節(jié)上，無人機比在水里游泳的救生員快得多)，當(dāng)飛至溺水者上空時，無人機向下投擲一個緊急救生漂浮裝備。溺水者會在本能驅(qū)使下抓住該漂浮設(shè)備，為水上救援爭取寶貴時間。

燕山大學(xué)工程碩士學(xué)位論文商，該公司于 2010 年推出的 MD4-1000 四旋翼無人機是目前全球范圍內(nèi)最大型的旋翼無人機，在飛行時間、航程等方面具有極大的優(yōu)勢，取得巨大成功。如圖 1所示，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溺水人員，MD4-1000 無人機在水面上空快速飛向溺水者(在這個環(huán)節(jié)上，無人機比在水里游泳的救生員快得多)，當(dāng)飛至溺水者上空時，無人機向下投擲一個緊急救生漂浮裝備。溺水者會在本能驅(qū)使下抓住該漂浮設(shè)備，為水上救援爭取寶貴時間。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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

2 卜祥偉;吳曉燕;陳永興;白瑞陽;;基于非線性干擾觀測器的高超聲速飛行器滑模反演控制[J];控制理論與應(yīng)用;2014年11期

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本文編號：2801343