基于無模型自適應控制方法的四旋翼飛行器姿態(tài)調整.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、四旋翼飛行器是由四個螺旋槳驅動的可以實現多種獨特飛行動作、具有眾多優(yōu)良特性的一類非固定翼飛行器,具有重要的實際應用價值。然而,四旋翼飛行器是一個典型的具有強耦合、非線性等許多復雜特性的多變量系統(tǒng),這使得四旋翼飛行器存在建模難的問題,因而針對四旋翼關鍵指標(如位置、姿態(tài)等)的控制方案設計也變得相對困難。
  無模型自適應控制(MFAC)作為一種典型的數據驅動控制算法,對具有非線性、強耦合、時變等特性的系統(tǒng)具有很好的控制效果。因此,本

2、文將數據驅動控制的方法引入到四旋翼飛行器控制算法的設計中。由于四旋翼飛行器位置與姿態(tài)存在耦合關系,并且姿態(tài)控制直接決定了位置控制的品質,所以本文著重研究了四旋翼飛行器的姿態(tài)控制,主要內容如下:
  (1)分析了四旋翼飛行器的運動原理,將四旋翼飛行器的動力學模型簡化為一個線性時不變系統(tǒng),并據此設計了系統(tǒng)的LQR控制器并進行了仿真。但該模型忽略了坐標系的相對運動以及摩擦、空氣等外力干擾的影響,模型的精度不高,導致LQR控制器仿真效果并

3、不理想。
  (2)為了解決四旋翼飛行器建模困難的問題,利用基于數據驅動控制的方法來設計四旋翼飛行器的控制方案。首先,為了避免參數整定的繁瑣,引入了基于模糊自整定的PID控制方法。其次,針對四旋翼飛行器這類含有二階積分的非自衡系統(tǒng),提出了帶有一階差分和二階差分的改進的MFAC(Improved MFAC,IMFAC)方案。最后,將PID與MFAC相將結合,針對四旋翼飛行器設計了MFAC-PID串級控制和基于IMFAC外環(huán)補償的PI

4、D綜合控制方案。
  (3)在Simulink平臺搭建控制器仿真模塊,并進行了仿真。通過對比發(fā)現,使用基于數據驅動控制方法設計的控制器,包括模糊PID、IMFAC、MFAC-PID串級控制、基于IMFAC外環(huán)補償PID控制,比基于線性時不變模型設計的LQR控制器具有更好的效果。特別地,改進的IMFAC、MFAC-PID綜合控制方案相較于模糊PID控制具有更小的穩(wěn)態(tài)誤差和更快的相應速度。此外,MFAC-PID綜合控制方案的抗干擾能力

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