本文關(guān)鍵詞：考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

  更多相關(guān)文章： 四旋翼無(wú)人機(jī) 控制系統(tǒng) 嵌套飽和 非線性控制 全局鎮(zhèn)定

【摘要】：四旋翼飛行器用途廣泛,成本低,效費(fèi)比好,機(jī)動(dòng)性能好,使用方便,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中有極其重要的作用,在民用領(lǐng)域更有廣闊的前景。四旋翼無(wú)人機(jī)技術(shù)近幾年發(fā)展迅速,控制技術(shù)也是研究熱點(diǎn)。PID控制、LQR控制、反饋線性化、反步法等控制方法層出不窮。由于物理上的限制和出于安全的需要,幾乎所有的控制系統(tǒng)都受到了執(zhí)行器飽和的限制。四旋翼無(wú)人機(jī)亦是如此,而且執(zhí)行器飽和對(duì)控制系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性有著重要的影響。本文就考慮執(zhí)行器飽和的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行研究。為了避免約束力在方程中出現(xiàn),用分析力學(xué)方法建立四旋翼無(wú)人機(jī)數(shù)學(xué)模型,從而在很大程度上克服了矢量力學(xué)所面臨的困難。該模型是具有四個(gè)輸入六個(gè)輸出的欠驅(qū)動(dòng)多耦合非線性數(shù)學(xué)模型。將該系統(tǒng)分為四個(gè)通道分別進(jìn)行控制,分別是高度方向、偏航方向、俯仰方向和橫滾方向。對(duì)于高度和偏航兩個(gè)通道,直接利用PD控制律進(jìn)行控制。對(duì)俯仰和橫滾兩個(gè)通道,由于它們的模型具有典型的多積分器特征,本文設(shè)計(jì)了基于嵌套飽和非線性函數(shù)的控制律。首先,基于線性化模型的控制器設(shè)計(jì)。在將原非線性系統(tǒng)變換并且線性化處理后,該方法可以全局鎮(zhèn)定線性化后的系統(tǒng),局部鎮(zhèn)定原非線性系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)控制律的過(guò)程中,對(duì)允許的最大控制信號(hào)(即飽和值)都不作限制,可以自由選擇參數(shù)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。仿真結(jié)果顯示,原非線性系統(tǒng)在該控制律的作用下有較好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。其次,考慮到上述方法對(duì)原系統(tǒng)做了線性化處理,只能保證在初始值比較小的情況下對(duì)原非線性系統(tǒng)有較好的控制效果。由此本文又提出了基于非線性模型的的控制方法,該方法可以全局鎮(zhèn)定原非線性系統(tǒng),對(duì)允許的最大控制信號(hào)(即飽和值)都不作限制,可以自由選擇參數(shù)來(lái)提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。仿真結(jié)果顯示,嵌套飽和非線性控制律可以使原非線性系統(tǒng)較快收斂,而且超調(diào)小。綜上,本文所設(shè)計(jì)的嵌套飽和的控制方法對(duì)于具有執(zhí)行器飽和的四旋翼無(wú)人機(jī)控制系統(tǒng)具有超調(diào)小、收斂快等優(yōu)良的控制性能。
【關(guān)鍵詞】：四旋翼無(wú)人機(jī) 控制系統(tǒng) 嵌套飽和 非線性控制 全局鎮(zhèn)定
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：V279;V249.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景和意義9-10
• 1.2 四旋翼無(wú)人機(jī)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 四旋翼無(wú)人機(jī)控制方法研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4 具有飽和非線性控制系統(tǒng)的研究方法與現(xiàn)狀13-14
• 1.5 主要研究?jī)?nèi)容與各章安排14-16
• 第2章 預(yù)備知識(shí)16-21
• 2.1 引言16
• 2.2 分析力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)介紹16-17
• 2.3 非線性系統(tǒng)相關(guān)概念17-18
• 2.4 Teel變換與Teel標(biāo)準(zhǔn)型18-20
• 2.5 本章小結(jié)20-21
• 第3章 四旋翼無(wú)人機(jī)數(shù)學(xué)模型的建立21-26
• 3.1 引言21
• 3.2 飛行原理介紹21-22
• 3.3 坐標(biāo)系定義22-23
• 3.4 模型建立23-25
• 3.5 本章小結(jié)25-26
• 第4章 基于線性化模型的控制器設(shè)計(jì)26-38
• 4.1 引言26
• 4.2 相關(guān)引理及定理介紹26-27
• 4.3 控制律設(shè)計(jì)27-31
• 4.3.1 高度和偏航控制律設(shè)計(jì)27-28
• 4.3.2 俯仰通道控制律設(shè)計(jì)28-30
• 4.3.3 橫滾通道控制律設(shè)計(jì)30-31
• 4.4 仿真結(jié)果分析31-36
• 4.5 本章小結(jié)36-38
• 第5章 基于非線性模型的控制器設(shè)計(jì)38-71
• 5.1 引言38
• 5.2 俯仰通道控制系統(tǒng)的控制律設(shè)計(jì)38-51
• 5.2.1 變換系統(tǒng)為前饋型非線性系統(tǒng)38-39
• 5.2.2 變換為T(mén)eel標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)39-40
• 5.2.3 建立控制律工作在線性區(qū)的條件40-48
• 5.2.4 建立控制律全局鎮(zhèn)定系統(tǒng)的條件48-50
• 5.2.5 選擇參數(shù)設(shè)計(jì)控制律50-51
• 5.3 橫滾通道控制系統(tǒng)的控制律設(shè)計(jì)51-65
• 5.3.1 變換系統(tǒng)為前饋型非線性系統(tǒng)51-52
• 5.3.2 變換為T(mén)eel標(biāo)準(zhǔn)型系統(tǒng)52-54
• 5.3.3 建立控制律工作在線性區(qū)的條件54-62
• 5.3.4 建立控制律全局鎮(zhèn)定系統(tǒng)的條件62-64
• 5.3.5 選擇參數(shù)設(shè)計(jì)控制律64-65
• 5.4 仿真結(jié)果分析65-70
• 5.5 本章小結(jié)70-71
• 結(jié)論71-72
• 參考文獻(xiàn)72-78
• 致謝78

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