四旋翼无人机反步积分自适应控制器设计

王慧东，周来宏

(1.包头职业技术学院 数控技术系，内蒙古 包头 014030；2.新余学院 机电工程学院，江西 新余 338004)

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近年来，无人机在军事、民用和商用领域得到了广泛应用，逐渐成为航空飞行器领域的研究热点[1-5]。其中，四旋翼无人飞行器更成为无人机研究的新宠，相对于直升机和固定翼飞机，具有体积小、质量轻、操控灵活等特点，可完成垂直起降、低空悬停、低速巡航等飞行动作，因此广泛应用于军事侦察、抢险救灾、农林植保、航拍摄影等领域[6-9]。虽然四旋翼无人机具有很多优点，但它是一个欠驱动系统，只有4个控制输入，却有6个控制输出，并且四旋翼系统还具有强非线性、强耦合、强时变性等特点，给飞行控制系统的设计带来了巨大的挑战[10-14]。

国内外很多学者应用线性、非线性及智能控制方法设计了四旋翼无人机控制系统。如Salih 等[15]用PID算法设计了飞行控制器；Besnard等[16]用滑模算法设计了抗干扰观测器，用于抑制飞行中受到的外界干扰；Shirzadeh等[17]基于视觉方法为四旋翼无人机设计了一种神经网络控制器；Erginer等[18]设计了混合模糊PID控制器，用以研究四旋翼无人机的时间延迟问题。这些研究成果使四旋翼的飞行控制系统有了一定改进。

但是，当四旋翼无人机用于执行某些特殊的飞行任务时，其自身参数(如自身质量)会产生较大变化，例如在执行喷洒农药、播种、授粉、灭火等任务时，无人机自身质量会随时间缓慢减小，且减小量可能会达到初始质量的2/3，从而给飞行控制带来严重干扰。……