基于自抗扰的无人机俯仰姿态控制

蒋玉新，王 平，刘 贝，林祺凯

(海鹰航空通用装备有限责任公司，北京 100074)

0 引言

为了高效地完成飞行任务，无人机飞行控制系统需要具备良好的性能。姿态控制回路是飞行控制系统的基础，其性能直接影响飞行控制系统的品质。飞机在进行快速高度机动时，对俯仰姿态控制器的动态品质提出了较高的要求。此外，在控制系统设计过程中，还要面对由于气动参数摄动、传感器误差带来的模型不确定性以及外界环境的不确定干扰(如大气紊流)等，在增加设计难度的同时也对飞控系统的鲁棒性提出了更高的要求。

目前，工程实践中主要基于飞机小扰动线性化模型进行多状态点PID姿态控制器设计，然而基于该方法所设计的控制器在本质上只具有在平衡点邻域内的局部稳定性[1-2]，还需要在飞行包线内选取尽可能多的状态点进行全包络设计，增加了控制器设计的工作量。

近年来，一种最大程度保持PID 控制形式，同时借助于现代控制理论中观测器思想，而不依赖于被控对象模型的自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control, ADRC)方法[3-5]，已在姿态控制问题上得到了成功应用[6-7]。

本文针对固定翼无人机俯仰姿态控制回路在模型参数和复杂外界环境等不确定性干扰影响下鲁棒性差、系统响应速度慢的问题，通过构造线性扩张状态观测器(Linear Extended Statement Observer, LESO)观测不确定扰动状态并在控制回路中反馈补偿，使其被快速抑制[8-9]。仿真结果表明，设计的俯仰姿态控制系统具有较好的性能，能够实现姿态控制与稳定，且提升了系统的鲁棒性。……