基于無模型自適應控制方法的四旋翼飛行器姿態(tài)調(diào)整.pdf

1、四旋翼飛行器是由四個螺旋槳驅(qū)動的可以實現(xiàn)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(guān)鍵指標（如位置、姿態(tài)等）的控制方案設(shè)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(shù)據(jù)驅(qū)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(shù)據(jù)驅(qū)動控制的方法引入到四旋翼飛行器控制算法的設(shè)計中。由于四旋翼飛行器位置與姿態(tài)存在耦合關(guān)系，并且姿態(tài)控制直接決定了位置控制的品質(zhì)，所以本文著重研究了四旋翼飛行器的姿態(tài)控制，主要內(nèi)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(jù)此設(shè)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(shù)據(jù)驅(qū)動控制的方法來設(shè)計四旋翼飛行器的控制方案。首先，為了避免參數(shù)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(jié)合，針對四旋翼飛行器設(shè)計了MFAC-PID串級控制和基于IMFAC外環(huán)補償?shù)腜I

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(xiàn)，使用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動控制方法設(shè)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(shè)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