基于ESO的无人直升机轨迹鲁棒跟踪控制

陈南宇, 黄 俊, 周尧明, 赵文龙

(北京航空航天大学航空科学与工程学院, 北京 100083)

0 引 言

无人直升机具有悬停、侧飞、倒飞、低速巡航等独特的飞行特性,在侦察、救援、航拍、植保等军/民用领域引起了人们的广泛关注。然而,无人直升机是一种强耦合、静不稳定、欠驱动的高阶的非线性系统,并且时刻暴露在多扰动的环境中,设计一种简单而实用的无人直升机飞行控制系统是一项颇具挑战性的任务。

近年来,国内外的专家学者为无人直升机设计了许多线性和非线性的控制方法,例如PID控制[1]、增益调度控制[2]、H∞回路成形控制[3]、线性二次型方法[4]、反馈线性化方法[5]、自适应滑模控制[6]、预测控制[7]、动态逆[8]、反步法[9]等。但是,线性控制方法仅能在平衡点附近发挥效果,故不适用于本质上包含强非线性特性、系统参数时变的无人直升机控制系统。而另一方面,非线性控制在实际飞行中效果也差强人意,达不到实用化要求,主要原因是无人直升机系统常常存在很多不确定性,例如测量噪声、外部扰动、建模误差、控制器死区和饱和以及控制器与所要控制的系统之间存在的不可直接测量的输入未建模动态等,它们都是影响系统飞行性能的不利因素。无人直升机的控制问题就是系统不确定性的处理问题或抗扰问题[10]。

自适应控制是处理不确定非线性系统的一种有效方法,它与反步法相结合被广泛应用于无人直升机飞行控制器的设计当中。文献[11]利用分层控制策略研究了模型直升机的轨迹跟踪控制方法,在外回路中设计了基于积分二次型李雅普诺夫函数的位置控制器,内回路设计了一种无奇异姿态控制律实现了姿态跟踪,并通过自适应律对未建模动态进行估计和补偿。……