非匹配擾動下小型無人直升機魯棒飛行控制算法研究.pdf

1、小型無人直升機具有獨特的垂直起降、空中懸停、機動飛行等特點，因此在軍事和民用領域具有非常廣泛的應用前景。然而，小型無人直升機在飛行過程中會受到陣風和模型不確定性等復合擾動影響，其擾動又可分為匹配擾動和非匹配擾動兩種類型，而對非匹配擾動的抑制相對比較困難。因此，設計高性能的小型無人直升機自主飛行控制是目前學術界的研究熱點之一。
　　針對小型無人直升機的以上特點，本文主要對小型無人直升機的魯棒飛行控制算法進行研究，并提出了幾種基于擾動

2、觀測器的高性能飛行控制算法。具體而言，本文的研究工作主要包括以下幾個方面：
　　1、參考小型無人直升機建模方面已有的研究成果，詳細闡述了小型無人直升機的非線性模型。通過分別討論機體運動學特性、機體動力學特性以及主旋翼系統(tǒng)的揮舞動力學特性，建立了小型無人直升機的完整非線性模型。并通過深入分析其受到的作用力和力矩，合理簡化了小型無人直升機模型，為有效地研究控制器奠定基礎。
　　2、在小型無人直升機線性化動態(tài)模型的基礎上，采用內-

3、外環(huán)的雙環(huán)控制策略設計飛行控制器。針對內環(huán)速度模型受到非匹配擾動影響，提出了一種模型重構方法，將初始非匹配擾動轉換為匹配主部和非匹配副部，并通過前饋補償匹配主部，采用H-方法抑制補償誤差和非匹配副部。外環(huán)位置控制器采用動態(tài)逆設計方法。數(shù)值仿真結果表明飛行控制器具有良好的控制性能，并對模型不確定性和外界擾動具有很好的魯棒性。
　　3、針對小型無人直升機系統(tǒng)同時受到匹配擾動和非匹配擾動影響，并考慮到傳統(tǒng)滑?？刂品椒ㄖ粚ζヅ鋽_動具備魯棒

4、性，卻對非匹配擾動敏感的缺點，設計了一種基于非線性擾動觀測器的新型全局滑?？刂品椒āＭㄟ^近似輸入-輸出反饋線性化方法實現(xiàn)小型無人直升機系統(tǒng)的解耦；進而構建帶有非匹配擾動信息的新型全局滑模面，提出了一種新型滑?？刂破?；基于李雅普諾夫定理證明了新型全局滑?？刂品椒▽Ψ瞧ヅ鋽_動具有很好的魯棒性；并通過數(shù)值仿真驗證了新型全局滑?？刂破鞅葌鹘y(tǒng)滑?？刂破骶哂懈鼉?yōu)越的控制性能。
　　4、多變量Super-twisting算法作為一種二階滑模算法

5、，能夠有效地抑制甚至消除一階滑模算法中的抖振現(xiàn)象。但是，現(xiàn)有的多變量Super-twisting算法，控制參數(shù)較多，且對直升機擾動的適應性較差，難以在小型無人直升機的控制器中實現(xiàn)。為此，推導出了一種更適用于小型無人直升機控制的改進多變量Super-twisting算法。利用反步方法的系統(tǒng)化設計步驟構建飛行控制器的基本結構，解決小型無人直升機的欠驅動問題；基于改進的多變量Super-twisting算法設計擾動觀測器估計系統(tǒng)擾動，并進行前