小型四旋翼无人机飞行控制算法研究
作 者 : 余杭
学位授予单位 : 武汉科技大学
学位名称 : 硕士
导师姓名 : 伍世虔
学位年度 : 2018
关键词 : 四旋翼；无人机；飞行控制
摘 要 : 小型四旋翼无人机是一种机械结构简单对称,可实现六自由度运动的飞行器,可以完成各种复杂的飞行任务以及适应复杂的飞行场景,广泛应用于各个领域之中。此外,小型四旋翼无人机又具有强耦合、非线性以及欠驱动的特性,给无人机的精确建模和飞行控制系统的控制器设计带来了很大的挑战。本文根据小型四旋翼无人机的结构及飞行原理建立了无人机的非线性动力学模型,并对其进行合理的简化。在建立的动力学模型的基础上设计了经典PID控制器,通过MATLAB/SIMULINK进行仿真验证。结果显示经典PID控制虽然能有效的对小型四旋翼无人机进行控制,但收敛速度慢,且鲁棒性和跟踪效果较差。针对经典PID控制的缺点,本文设计了一种滑模控制器。仿真结果显示,与经典PID控制器相比,滑模控制器的收敛速度、鲁棒性以及轨迹跟踪能力都有很大的提升,其缺点是滑模控制的固有属性使得虚拟控制量出现严重的抖振,姿态角的跟踪出现稳态误差,难以在实际中加以应用。针对滑模控制器的稳态误差以及抖振问题,本文提出了一种基于双幂次趋近律的积分滑模控制器,仿真结果表明,基于双幂次趋近律的积分滑模控制器对比于滑模控制器具有很明显的改善,且控制曲线平滑,无稳态误差。

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