本文關(guān)鍵詞：無人機(jī)非線性自抗擾控制方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：無人機(jī)是一種特殊的動力空中飛行器，其主要特征是“無飛行員”，這一特性使無人機(jī)在軍事領(lǐng)域中被譽(yù)為21世紀(jì)的“尖兵之翼”�，F(xiàn)代局部戰(zhàn)爭中，降低作戰(zhàn)代價的最優(yōu)選擇為減少、甚至是避免人員傷亡，無人機(jī)憑借突出的自身優(yōu)勢在武器裝備角逐中的地位逐漸攀升。為更好的適應(yīng)信息化條件下戰(zhàn)爭的需要，提升無人機(jī)飛行控制性能已迫在眉睫，考慮到無人機(jī)是利用空氣動力克服自身重量進(jìn)行自主飛行，飛行過程中不可避免的要受到各類干擾源的影響，若簡單地采用消除干擾誤差的線性方法進(jìn)行飛行控制律設(shè)計(jì)，顯然已不再適用，本課題從研究自抗擾控制方法（ADRC）的原理著手，提出采用該方法研究無人機(jī)飛行控制問題的策略。旨在改善利用非線性自抗擾控制技術(shù)改善無人機(jī)遭遇各樣干擾時，穩(wěn)定性和操縱性下降的問題。主要從以下幾方面開展了課題的研究工作： 首先，在了解無人機(jī)運(yùn)動特性的基礎(chǔ)上，建立無人機(jī)飛行控制六自由度數(shù)學(xué)模型，并對非線性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行小擾動線性化簡化。在此基礎(chǔ)上，分析無人機(jī)縱向運(yùn)動特性和橫側(cè)向運(yùn)動特性，建立了無人機(jī)縱向運(yùn)動模型和橫側(cè)向運(yùn)動模型，進(jìn)而確立本文研究問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)：設(shè)計(jì)具備理想的性能，同時還能有效的抑制干擾的合理的無人機(jī)數(shù)學(xué)模型，為后續(xù)研究工作奠定了基礎(chǔ)。 其次，深入的研究了自抗擾控制方法（ADRC），，明確自抗擾控制器結(jié)構(gòu)、功能及工作原理。應(yīng)用Lyapunov方法證明了二階擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）的穩(wěn)定性，并明確了保持穩(wěn)定性的充要條件，通過進(jìn)行誤差分析給出了不同參數(shù)下擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）誤差收斂的評價標(biāo)準(zhǔn)。給出了基于fal函數(shù)反饋結(jié)構(gòu)濾波的ESO設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選取原則。 然后，針對無人機(jī)爬升/下滑階段，以無人機(jī)無傾斜無側(cè)滑飛行為基準(zhǔn)運(yùn)動，應(yīng)用自抗擾控制策略設(shè)計(jì)了姿態(tài)角跟蹤回路并搭建了仿真平臺，通過設(shè)計(jì)控制律，尋求合理控制參數(shù)，完成對無人機(jī)在氣流、陣風(fēng)外干擾狀態(tài)俯仰姿態(tài)的控制，提出了一種基于ADRC控制和PI控制相結(jié)合的組合控制策略，通過分析仿真結(jié)果可見：自抗擾控制器(ADRC)無需針對被控對象的精確模型，也不用確定外擾的數(shù)學(xué)模型，即可以實(shí)現(xiàn)對無人機(jī)俯仰角的快速、準(zhǔn)確跟蹤，并獲得相對理想的動態(tài)性能，從而驗(yàn)證了自抗擾控制器(ADRC)具有很強(qiáng)抗干擾能力和魯棒性。 最后，通過分析無人機(jī)縱向飛行運(yùn)動特性，并根據(jù)自抗擾控制器（ADRC）的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器（ESO）能夠估計(jì)并補(bǔ)償系統(tǒng)的不確定因素的原理，在無人機(jī)縱向運(yùn)動仿真平臺上，通過自抗擾控制器的擴(kuò)張觀測器實(shí)現(xiàn)對縱向運(yùn)動各回路運(yùn)動的解耦，并進(jìn)行了ADRC的參數(shù)整定，完成了控制律設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上，最終完成對無人機(jī)的縱向運(yùn)動控制，通過全面分析仿真結(jié)果，總結(jié)了非線性自抗擾控制方法應(yīng)用于無人機(jī)穩(wěn)定性控制的優(yōu)缺點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】：無人機(jī) 飛行控制 自抗擾控制 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器 建模及仿真
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：V249.1;V279
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 無人機(jī)及無人機(jī)系統(tǒng)10-14
• 1.1.1 無人機(jī)與其他航天器的區(qū)別及軍事優(yōu)勢10-11
• 1.1.2 無人機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及未來趨勢11-14
• 1.2 非線性自抗擾控制方法的發(fā)展概況14-15
• 1.3 本文的研究背景及主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 無人機(jī)運(yùn)動的空間表示17-27
• 2.1 常用坐標(biāo)系定義及其相互轉(zhuǎn)換17-22
• 2.2 無人機(jī)六自由度非線性模型的建立22-24
• 2.3 無人機(jī)數(shù)學(xué)模型的線性化24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第3章 自抗擾控制器理論基礎(chǔ)27-43
• 3.1 自抗擾控制方法簡介及控制器結(jié)構(gòu)27-28
• 3.2 跟蹤微分器的工作原理28-30
• 3.3 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器的工作原理30-41
• 3.3.1 任意階系統(tǒng)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器31-32
• 3.3.2 一階系統(tǒng)的擴(kuò)張狀態(tài)觀測器及 fal ( e , a f , f)函數(shù)概念32-34
• 3.3.3 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器穩(wěn)定性分析34-39
• 3.3.4 擴(kuò)張狀態(tài)觀測器參數(shù)選取原則39-41
• 3.4 非線性組合的工作原理41-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 無人機(jī)俯仰回路姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)與仿真43-52
• 4.1 自抗擾控制器原理應(yīng)用43-45
• 4.2 自抗擾控制律設(shè)計(jì)45-47
• 4.3 仿真驗(yàn)證及分析47-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 第5章 無人機(jī)縱向運(yùn)動自抗擾控制器的設(shè)計(jì)與仿真52-62
• 5.1 無人機(jī)縱向運(yùn)動模型建立52-53
• 5.2 自抗擾控制原理應(yīng)用及控制律設(shè)計(jì)53-56
• 5.3 仿真驗(yàn)證及分析56-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果66-68
• 致謝68

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本文編號：354915