四旋翼飛行器在不同工況下的控制器設(shè)計研究.pdf

1、現(xiàn)今，四旋翼飛行器已經(jīng)從實驗室走進了大眾的日常生活中，在航拍、資源勘探、短距離運輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。雖然四旋翼飛行器具有機械結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、應(yīng)用廣泛等優(yōu)點，但是由于它也存在著高度非線性、易受干擾影響、欠驅(qū)動等特點，在正常飛行、拋下重物、某個電機損壞等不同工況下的控制器設(shè)計方面存在一定的困難，仍有大量問題亟待解決，比如：基于哈密頓形式的數(shù)學模型的控制器還沒有被給出；四旋翼飛行器在拋下重物后，模型參數(shù)發(fā)生變化，基于模型的控制器難以保

2、持期望的控制效果；在四旋翼飛行器某個電機損壞后，對于已有的故障保護控制器還沒有給出穩(wěn)定性分析?？刂破鞯幕菙?shù)學模型，不同工況下的控制器設(shè)計問題依賴的模型各不相同。
　　本研究分別對四旋翼飛行器正常飛行、拋下重物、某個電機損壞等三種不同工況展開控制器的設(shè)計研究。首先，首次提出了一種基于哈密頓形式的數(shù)學模型的非線性控制器，該控制器包含姿態(tài)子控制器和位置子控制器，前者利用3個控制輸入轉(zhuǎn)矩實現(xiàn)了俯仰、橫滾和偏航的控制，后者利用1個升力及

3、2個虛擬控制輸入實現(xiàn)了三維位置的控制。其次，針對四旋翼飛行器在飛行過程中拋下未知重物的問題，設(shè)計并給出了一種包含估計規(guī)則并可以實現(xiàn)全局追蹤的幾何控制器，該控制器由具有轉(zhuǎn)動慣量估計規(guī)則的姿態(tài)子控制器和具有質(zhì)量估計規(guī)則的位置子控制器組成。最后，針對四旋翼飛行器在飛行過程中出現(xiàn)一個電機損壞的情況，設(shè)計并給出了一種故障保護控制器，該控制器包含橫滾、俯仰及高度子控制器和水平位置子控制器。另外，用李雅普諾夫穩(wěn)定性定理對上述控制器所在的閉環(huán)系統(tǒng)進行了