四旋翼無(wú)人機(jī)作為當(dāng)今人工智能領(lǐng)域極具代表性的產(chǎn)物,其日漸成熟的飛行控制技術(shù),使得它在現(xiàn)實(shí)生活中被廣泛地應(yīng)用。然而它在執(zhí)行目標(biāo)飛行任務(wù)時(shí)很容易被外界干擾以及無(wú)人機(jī)自身突發(fā)故障所影響,導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行姿態(tài)不穩(wěn)定。因此研究具有抗干擾與容錯(cuò)功能的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng),對(duì)提高無(wú)人機(jī)飛行控制的安全性和可靠性,具有重大的意義。本文主要從四旋翼無(wú)人機(jī)的抗干擾控制技術(shù)以及故障容錯(cuò)控制技術(shù)這兩方面開(kāi)展如下工作:（1）分別構(gòu)建四旋翼無(wú)人機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型與動(dòng)力學(xué)模型,依據(jù)無(wú)人機(jī)常見(jiàn)的干擾形式與故障形式,構(gòu)建了存在外界干擾和執(zhí)行器失效故障兩種情況下的四旋翼無(wú)人機(jī)模型,進(jìn)而構(gòu)建了存在外界干擾與執(zhí)行器故障同時(shí)發(fā)生情況下的四旋翼無(wú)人機(jī)模型。依據(jù)現(xiàn)代控制理論,分別建立以上三種情況下四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。（2）當(dāng)四旋翼無(wú)人機(jī)模型中存在未知外界干擾時(shí),本章提出了一種基于區(qū)間觀測(cè)器的抗干擾控制方法。根據(jù)正系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)直接設(shè)計(jì)了基于線性矩陣不等式的區(qū)間觀測(cè)器,引入自由度參數(shù),估計(jì)出外界干擾值,然后設(shè)計(jì)含有干擾補(bǔ)償功能的控制器,有效地抑制干擾項(xiàng),從而達(dá)到無(wú)人機(jī)穩(wěn)定飛行,實(shí)現(xiàn)四旋翼無(wú)人機(jī)的抗干擾控制。（3）當(dāng)四旋翼無(wú)人機(jī)... 

【文章來(lái)源】：南京信息工程大學(xué)江蘇省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)型圖

制系統(tǒng)研究花費(fèi)了大量人力與物力。在軍隊(duì)里，邊防戰(zhàn)士可以利用四旋翼無(wú)人機(jī)替代自己在危險(xiǎn)系數(shù)較高的邊境線進(jìn)行巡防。生活中，它可以被應(yīng)用于植被保護(hù)，農(nóng)田農(nóng)藥噴灑，商業(yè)娛樂(lè)演出等方面。除此之外，四旋翼無(wú)人機(jī)優(yōu)越的安全可靠性，強(qiáng)大的飛行穩(wěn)定性，在搭載了攝影機(jī)后可以達(dá)到360度無(wú)死角拍攝，獲取高清視頻，實(shí)時(shí)直播。憑借這些優(yōu)點(diǎn)還可以幫助國(guó)家電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的電力巡檢，這大大降低了人工巡檢的成本和失誤率，大大降低了人工巡檢電網(wǎng)發(fā)生意外傷害的幾率，憑此四旋翼無(wú)人機(jī)在電力巡檢有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)[5]。如圖1.3所示，在偏遠(yuǎn)地區(qū)四旋翼無(wú)人機(jī)進(jìn)行電力巡檢任務(wù)。圖1.2四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)型圖圖1.3四旋翼無(wú)人機(jī)戶外電力巡檢圖如今無(wú)人機(jī)憑借自身的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，為了滿足多樣化的任務(wù)需求，其機(jī)體結(jié)構(gòu)也變得越來(lái)越復(fù)雜。萬(wàn)物都有兩面性，無(wú)人機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域大顯身手的同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化會(huì)引起各式各樣的故障，影響其期望飛行的目標(biāo)，更有嚴(yán)重的會(huì)造成巨大的財(cái)產(chǎn)損失。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，自1999年至2019年，美國(guó)“捕食者”號(hào)無(wú)人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)飛行期間總共發(fā)生65起事故，造成近450萬(wàn)美元的經(jīng)濟(jì)損失；2020年2月印度空軍在印度西部地區(qū)進(jìn)行無(wú)人機(jī)性能測(cè)試，但因?yàn)榧夹g(shù)故障問(wèn)題丟失了3架無(wú)人機(jī)。其中兩架墜毀消失，僅有1架無(wú)人機(jī)被找回，搜尋工作仍在進(jìn)行中。文獻(xiàn)[6]介紹了近幾年無(wú)人機(jī)飛行過(guò)程常見(jiàn)的故障類型，因電機(jī)故障失去控制的事件數(shù)量占了很大的比例。因此，增強(qiáng)無(wú)人機(jī)的抗干擾控制和容錯(cuò)控制，提升無(wú)人機(jī)飛控的安全性與可靠性尤為重要。四旋翼無(wú)人機(jī)是一種小型無(wú)人機(jī),它具有靈活度高、自主懸停、對(duì)起降場(chǎng)地幾乎沒(méi)有要求、維護(hù)簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于很多領(lǐng)域。但它常常在執(zhí)行任務(wù)飛行過(guò)程

南京信息工程大學(xué)碩士學(xué)位論文10第二章四旋翼無(wú)人機(jī)模型建立及預(yù)備知識(shí)本章詳細(xì)分析了四旋翼無(wú)人機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，給出了清晰的原理構(gòu)造圖，介紹了四旋翼無(wú)人機(jī)的升降運(yùn)動(dòng)、俯仰運(yùn)動(dòng)、滾轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及偏航運(yùn)動(dòng)的飛行原理。與固定翼無(wú)人機(jī)相比，四旋翼無(wú)人機(jī)對(duì)升降的場(chǎng)地要求較低，能夠靈活地執(zhí)行各種特殊任務(wù)。但當(dāng)四旋翼無(wú)人機(jī)處于復(fù)雜的外部環(huán)境時(shí)，容易受到外部未知因素的干擾以及執(zhí)行器突發(fā)故障的影響，無(wú)人機(jī)的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重威脅，從而導(dǎo)致無(wú)法挽回的經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，本章還介紹了四旋翼飛行器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型以及狀態(tài)空間模型，詳細(xì)解析了電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出升力兩者之間的的關(guān)系，分別構(gòu)建了存在外界干擾、執(zhí)行器發(fā)生故障以及兩者情況同時(shí)發(fā)生時(shí)的四旋翼無(wú)人機(jī)模型。依據(jù)現(xiàn)代控制理論，分別構(gòu)建了上述三種情況下四旋翼無(wú)人機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型。最后對(duì)本文將要使用的線性矩陣不等式（LMI）方法以及部分證明引理做了介紹。此外，避免重復(fù)論述，對(duì)如下符號(hào)進(jìn)行定義。上標(biāo)“T”代表矩陣的轉(zhuǎn)置，mnP=代表P為mn階的實(shí)數(shù)域矩陣，“”代表矩陣的左偽逆，“1”代表標(biāo)量的倒數(shù)與矩陣的逆矩陣，“”代表對(duì)稱矩陣的對(duì)稱位置。2.1無(wú)人機(jī)結(jié)構(gòu)及飛行原理2.1.1無(wú)人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)與固定翼無(wú)人機(jī)不同的是，四旋翼無(wú)人機(jī)主要通過(guò)調(diào)節(jié)四個(gè)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度來(lái)改變輸出升力和扭矩，進(jìn)而達(dá)到期望的飛行姿態(tài)與位置，完成指定的飛行動(dòng)作。生活中多見(jiàn)的四旋翼無(wú)人機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)共有“十型”、“X型”兩種布局[42]，本文采用的是X型無(wú)人機(jī)，結(jié)構(gòu)圖具體詳見(jiàn)圖2.1。圖2.1四旋翼結(jié)構(gòu)圖2.1.2無(wú)人機(jī)飛行原理四旋翼飛行器系統(tǒng)是比較復(fù)雜的非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有著較強(qiáng)的軸間耦合，本文為

【參考文獻(xiàn)】：
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