基于扩张状态观测器的反馈线性化无人飞行器姿态控制

姜鸿儒，徐 利，邱令存，李 迪，董诗音

(1.上海机电工程研究所, 上海 201108； 2.上海航天电子技术研究所，上海 201108)

0 引言

无人飞行器由于其可在飞行阶段飞行速度快、性价比高、无人驾驶等特点，因此具有重要的军事意义和民用价值[1-4]。无人飞行器在飞行过程中，由于飞行环境复杂，气动特性变化剧烈，是一个具有不确定性和干扰的复杂非线性系统。因此，设计一个合适的姿态控制器是非常必要的。同时随着任务难度的增加和要求精度的提高，对无人飞行器飞行阶段的姿态控制的要求也越来越高。传统的PID控制方法首先被提出，但其控制精度满足不了当前任务的要求。在此基础上，采用分数阶PID方法来提高飞行器姿态控制性能[5]。文献[6]中，反步法的思想被运用到模型的解耦上，并设计了鲁棒控制器对飞行器姿态进行控制，但文中对干扰的分析较少。文献[7] 中，张教授利用滑模干扰观测器对干扰进行了估计和补偿，并提出了用于飞行器速度和高度跟踪控制的二阶终端滑动控制(2tscm)方法，但文章中也没有考虑干扰的影响。文献[8]中，秦教授在姿态控制方面采用了增益调度方法，但该方法的控制精度有待提高。除此之外，文献[9]采用了基于径向基函数神经网络(RBFNN)的多模型最优控制方法控制飞行器的姿态和文献[10]在滑模控制中加入分数阶微积分增强控制鲁棒性和提高响应特性，但这些方法计算量大，对飞行器的快速响应有一定影响。可见，上述论文存在两个较为普遍的问题。……