基于线性自抗扰控制技术的四旋翼无人机控制系统*

吴君华, 谢习华,, 李拥祺

(1.中南大学 机电工程学院 高性能复杂制造国家重点实验室,湖南 长沙 410083;2.湖南山河科技股份有限公司,湖南 株洲 412002)

0 引 言

四旋翼无人机是一种能够垂直起降、自由悬停的多旋翼直升机,具有体积小、结构简单、易于维护、机动性能好等优点,在军事、民用和科研等领域有着广泛的应用前景,近年来成为国内外研究的热点之一[1]。四旋翼无人机是一个四输入六输出的欠驱动、强耦合的非线性系统[2,3]。另外由于其动力学模型的复杂性、模型参数的不确定性和建模不精确性等问题,以及四旋翼无人机实际飞行环境的复杂性,这对设计鲁棒性强和抗干扰能力强的控制器提出了更高的要求。

对此,国内外学者针对四旋翼无人机的飞行控制问题进行了相关研究。文献[4]采用模糊比例—积分—微分(proportional-integral-differential,PID)控制方法进行控制系统设计,但控制系统的响应速度较慢,鲁棒性能和抗干扰能力相对较差。文献[5]提出一种将非线性鲁棒控制用于四旋翼无人机路径跟踪的方法,但是该控制器的模型复杂,使用起来计算量较大。文献[6]采用反步法对整个四旋翼系统进行控制,该方法适合于非线性系统,但是其鲁棒性较差,一般通过其他的方法对此进行补偿。文献[7]设计出一种比例—微分(proportional-differential,PD)控制和滑膜控制相结合的控制器,用于四旋翼无人机姿态控制,但由于滑模控制算法中含有不连续的切换项,容易造成控制输入的高频抖振,从而使系统的稳定性受到影响。……