四旋翼飛行器是一種結(jié)構(gòu)簡單、易操縱、可垂直起降和懸停的多旋翼飛行器,廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。但由于四旋翼飛行系統(tǒng)具有強耦合、數(shù)學(xué)模型不確定等復(fù)雜特性,使其對外部干擾極為敏感且容易發(fā)生故障,因此其容錯控制問題成為了近幾年來研究的熱點。本文分別針對單個四旋翼系統(tǒng)和四旋翼編隊系統(tǒng),在系統(tǒng)存在多執(zhí)行器故障情況下進行了容錯控制方法研究,基于模型預(yù)測控制,提出并設(shè)計了三種不同的容錯控制算法。全文主要內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:首先,闡述了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)組成及飛行原理,分析推導(dǎo)出四旋翼飛行器的數(shù)學(xué)模型,得到空間位置方程和三個姿態(tài)角方程,并簡要介紹了四旋翼容錯控制實驗仿真平臺的系統(tǒng)組成及實驗流程。然后,針對存在執(zhí)行器部分失效故障以及模型參數(shù)不確定性的單個四旋翼系統(tǒng),提出了一種基于滑模觀測器的改進預(yù)測容錯控制方法。構(gòu)造了觀測模型,設(shè)計了具有良好魯棒性的離散滑模觀測器,實現(xiàn)多執(zhí)行器故障的估計。建立了帶有嵌入式積分器的增廣狀態(tài)模型,進而設(shè)計了一種改進預(yù)測控制算法,使得四旋翼系統(tǒng)在多執(zhí)行器故障下,依然能夠保持穩(wěn)定,并具有良好的控制性能。通過實驗仿真驗證了所提容錯控制方法的有效性。其次,針對執(zhí)行器部分失效故障和帶有... 

【文章來源】：南京航空航天大學(xué)江蘇省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：82 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

早期X結(jié)構(gòu)四旋翼飛行器賓夕法尼亞大學(xué)的無人機研究小組[32]

發(fā)明了一種重達 1678kg、X 型結(jié)構(gòu)的垂直起降飛機，如圖 1.3 所示，并于當(dāng)年 10 月完成首飛。然而由于動力不足、慣性大、反應(yīng)遲鈍和機械復(fù)雜等缺陷，該飛機未得到實際應(yīng)用。設(shè)計發(fā)明成為了四旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)雛形，是四旋翼發(fā)展史上的一個重大轉(zhuǎn)折點。近些年來著各方面科學(xué)技術(shù)的進步和成熟，關(guān)于四旋翼飛行器的科學(xué)研究得到了飛速發(fā)展。圖 1.3 早期 X 結(jié)構(gòu)四旋翼飛行器賓夕法尼亞大學(xué)的無人機研究小組[32]針對商業(yè)模型機 HMX-4，如圖 1.4(a)所示，獨立研一套飛控系統(tǒng)。根據(jù)已建立的四旋翼動力學(xué)模型，設(shè)計了基于反饋法的控制器，并將控制用到 HMX-4 實際飛行實驗中，取得了不錯的飛行效果。

控制輸入序列的第一項于被控系統(tǒng)中，在下一個時刻重復(fù)PC 有如下幾個主要特點[50, 51]：基于模型的控制算法，在模型的選擇上，看重的是模型的預(yù)預(yù)測功能的信息集合，無論它是什么結(jié)構(gòu)形式，都可以被函數(shù)、階躍響應(yīng)、脈沖響應(yīng)等。模型預(yù)測控制方法打破了，使得該方法具有較廣的適用性。除此，預(yù)測模型還可以滾動優(yōu)化提供先驗信息。其它控制方法的關(guān)鍵在于是否采用滾動優(yōu)化和滾動實施控，更新初始狀態(tài)求解優(yōu)化性能指標(biāo)得到新的控制序列，但，從而得到新的狀態(tài)，并在下一時刻重復(fù)進行。傳統(tǒng)的最次離線完成的。而在預(yù)測控制中，是每一時刻不斷地在線義。也正因如此，滾動優(yōu)化的實施可以始終將優(yōu)化問題基。

【參考文獻】：
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本文編號：2919900