基于VTOL飞行器的滑模控制器设计

王元超，孙 辉

(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033)



基于VTOL飞行器的滑模控制器设计

王元超，孙 辉

(中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033)

垂直起降(Vertical takeoff and landing，VTOL)飞行器是具有3个自由度、2个控制输入的非线性欠驱动控制系统，为了解决严重耦合的VTOL欠驱动系统的输出跟踪问题，首先将VTOL动力学模型解耦成一个最小相位系统和一个非最小相位系统，然后分别针对这两个解耦子系统设计滑模控制器，并通过Lyapunov理论证明系统的稳定性，最后仿真结果表明所设计的滑模控制器实现了对轨迹的无稳态误差跟踪，具有较好的鲁棒性，能够为此类欠驱动系统的输出跟踪问题提供设计参考。

垂直起降飞行器；欠驱动；输出跟踪；非最小相位系统；滑模控制；李雅普诺夫稳定

0 引言

垂直起降(Vertical takeoff and landing，VTOL)飞行器对起降地点要求低，能够突破跑道的限制，适用于狭小的空间和复杂的地形环境中使用，可实现飞行器的自由降落，从而具有重要的军用价值和广泛的应用前景[1-2]。

垂直起降飞行器可以弥补固定翼无人机起降应用问题，从而受到越来越多研究者的重视。垂直起降飞行器实际上是一种典型的控制数量少于系统自由度的欠驱动控制系统,此类系统控制输入与系统状态之间存在严重的耦合关系,当系统内部的零动态不稳定时,限制了非线性控制技术的直接应用。文献[3]明确指出对于满足强惯性耦合条件的欠驱动非线性系统可以通过部分反馈线性化的方法来简化系统分析和控制器设计过程。……