非匹配擾動(dòng)下小型無(wú)人直升機(jī)魯棒飛行控制算法研究.pdf

1、小型無(wú)人直升機(jī)具有獨(dú)特的垂直起降、空中懸停、機(jī)動(dòng)飛行等特點(diǎn)，因此在軍事和民用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前景。然而，小型無(wú)人直升機(jī)在飛行過(guò)程中會(huì)受到陣風(fēng)和模型不確定性等復(fù)合擾動(dòng)影響，其擾動(dòng)又可分為匹配擾動(dòng)和非匹配擾動(dòng)兩種類型，而對(duì)非匹配擾動(dòng)的抑制相對(duì)比較困難。因此，設(shè)計(jì)高性能的小型無(wú)人直升機(jī)自主飛行控制是目前學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)之一。
　　針對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)的以上特點(diǎn)，本文主要對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)的魯棒飛行控制算法進(jìn)行研究，并提出了幾種基于擾動(dòng)

2、觀測(cè)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(gè)方面：
　　1、參考小型無(wú)人直升機(jī)建模方面已有的研究成果，詳細(xì)闡述了小型無(wú)人直升機(jī)的非線性模型。通過(guò)分別討論機(jī)體運(yùn)動(dòng)學(xué)特性、機(jī)體動(dòng)力學(xué)特性以及主旋翼系統(tǒng)的揮舞動(dòng)力學(xué)特性，建立了小型無(wú)人直升機(jī)的完整非線性模型。并通過(guò)深入分析其受到的作用力和力矩，合理簡(jiǎn)化了小型無(wú)人直升機(jī)模型，為有效地研究控制器奠定基礎(chǔ)。
　　2、在小型無(wú)人直升機(jī)線性化動(dòng)態(tài)模型的基礎(chǔ)上，采用內(nèi)-

3、外環(huán)的雙環(huán)控制策略設(shè)計(jì)飛行控制器。針對(duì)內(nèi)環(huán)速度模型受到非匹配擾動(dòng)影響，提出了一種模型重構(gòu)方法，將初始非匹配擾動(dòng)轉(zhuǎn)換為匹配主部和非匹配副部，并通過(guò)前饋補(bǔ)償匹配主部，采用H-方法抑制補(bǔ)償誤差和非匹配副部。外環(huán)位置控制器采用動(dòng)態(tài)逆設(shè)計(jì)方法。數(shù)值仿真結(jié)果表明飛行控制器具有良好的控制性能，并對(duì)模型不確定性和外界擾動(dòng)具有很好的魯棒性。
　　3、針對(duì)小型無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)同時(shí)受到匹配擾動(dòng)和非匹配擾動(dòng)影響，并考慮到傳統(tǒng)滑?？刂品椒ㄖ粚?duì)匹配擾動(dòng)具備魯棒

4、性，卻對(duì)非匹配擾動(dòng)敏感的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于非線性擾動(dòng)觀測(cè)器的新型全局滑?？刂品椒?。通過(guò)近似輸入-輸出反饋線性化方法實(shí)現(xiàn)小型無(wú)人直升機(jī)系統(tǒng)的解耦；進(jìn)而構(gòu)建帶有非匹配擾動(dòng)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模控制方法對(duì)非匹配擾動(dòng)具有很好的魯棒性；并通過(guò)數(shù)值仿真驗(yàn)證了新型全局滑?？刂破鞅葌鹘y(tǒng)滑模控制器具有更優(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(duì)直升機(jī)擾動(dòng)的適應(yīng)性較差，難以在小型無(wú)人直升機(jī)的控制器中實(shí)現(xiàn)。為此，推導(dǎo)出了一種更適用于小型無(wú)人直升機(jī)控制的改進(jìn)多變量Super-twisting算法。利用反步方法的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)步驟構(gòu)建飛行控制器的基本結(jié)構(gòu)，解決小型無(wú)人直升機(jī)的欠驅(qū)動(dòng)問(wèn)題；基于改進(jìn)的多變量Super-twisting算法設(shè)計(jì)擾動(dòng)觀測(cè)器估計(jì)系統(tǒng)擾動(dòng)，并進(jìn)行前