發(fā)布時間：2017-05-18 22:15

  本文關鍵詞：無人機非線性姿態(tài)控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來隨著無人機在軍事、科學實驗等多個方面的廣泛應用，無人機已經成為了研究的熱門。無人機的控制作為無人機高效完成任務的基礎也提出了更高要求。無人機控制對象是多輸入多輸出非線性控制系統，隨著對現代無人機性能要求的不斷提高，，傳統的線性化控制系統設計方法已很難滿足實際要求。本文主要研究無人機的非線性控制方法。 首先建立了無人機六自由度數學模型，并仿真分析了系統在無控制下各狀態(tài)的變化情況，表明系統是極不穩(wěn)定的。然后研究了非線性動態(tài)逆方法，對無人機的數學模型進行分析，設計了無人機內外回路動態(tài)逆姿態(tài)控制器，并對無人機姿態(tài)控制進行仿真，分析了控制器的多變量解耦效果和魯棒性。表明系統在模型精確的條件下，可以實現精確的線性化控制，但是仍存在魯棒性不好的缺點。針對非線性動態(tài)逆控制的不足之處，提出動態(tài)逆結合分數階PID控制方法。分數階PID是在傳統PID的基礎上引入分數階微積分，文中研究了分數階的Oustaloup數字實現算法，并比較了其相對于傳統PID的優(yōu)越性。仿真表明將分數階PID結合動態(tài)逆控制方法使系統魯棒性明顯提高。 最后研究無人機的自抗擾控制方法。研究并分析了自抗擾跟蹤微分器，擴張狀態(tài)觀測器和多變量解耦控制方法。針對無人機對象設計了內外回路控制，通過反饋線性化實現了多變量解耦控制。仿真分析控制系統的快速性、準確性和風擾動、氣動參數攝動下的魯棒性，表明控制系統在各方面均表現良好的控制性能，滿足控制系統設計要求。
【關鍵詞】：無人機 非線性動態(tài)逆 分數階PID 自抗擾控制
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：V249.1;V279
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 無人機研究現狀及發(fā)展趨勢10-13
• 1.2.1 國外無人機發(fā)展情況10-11
• 1.2.2 國內無人機發(fā)展情況11-13
• 1.3 無人機姿態(tài)控制方法研究現狀13-16
• 1.3.1 非線性控制方法研究13-15
• 1.3.2 分數階 PID 研究現狀15-16
• 1.4 本文主要研究內容16-18
• 第2章 無人機數學模型建立及響應特性分析18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 坐標系定義及坐標轉換18-21
• 2.2.1 坐標系定義18-19
• 2.2.2 坐標變換19-21
• 2.3 無人機數學模型建立21-24
• 2.4 無人機氣動力和氣動力矩24-25
• 2.5 無人機的零輸入無控響應特性分析25-27
• 2.6 本章小結27-28
• 第3章 無人機分數階 PID 非線性動態(tài)逆姿態(tài)控制28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 非線性動態(tài)逆理論分析28-30
• 3.3 無人機動態(tài)逆控制設計30-33
• 3.3.1 層疊結構非線性動態(tài)逆30-32
• 3.3.2 內外回路控制律設計32-33
• 3.4 動態(tài)逆仿真分析33-36
• 3.4.1 動態(tài)跟蹤特性分析33-35
• 3.4.2 氣動參數攝動魯棒性分析35-36
• 3.5 分數階 PID 控制研究36-43
• 3.5.1 分數階微積分定義36-37
• 3.5.2 Oustaloup 算法及其改進算法37-39
• 3.5.3 分數階 PID 與整數階 PID 對比39-43
• 3.6 分數階 PID 內外環(huán)控制律結構設計43
• 3.7 基于動態(tài)逆的分數階 PID 姿態(tài)控制仿真43-47
• 3.8 本章小結47-48
• 第4章 無人機自抗擾姿態(tài)控制方法研究48-65
• 4.1 引言48
• 4.2 自抗擾控制理論分析48-53
• 4.2.1 跟蹤微分器理論48-51
• 4.2.2 擴張狀態(tài)觀測器原理51-53
• 4.3 多變量解耦控制設計53-54
• 4.4 無人機姿態(tài)控制器設計54-56
• 4.5 分數階 PID 自抗擾控制仿真分析56-63
• 4.5.1 動態(tài)特性分析56-59
• 4.5.2 風干擾下穩(wěn)定性分析59-61
• 4.5.3 參數攝動穩(wěn)定性分析61-63
• 4.6 本章小結63-65
• 結論65-67
• 參考文獻67-71
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文71-73
• 致謝73

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