带吊挂负载的四旋翼无人机双模糊滑模控制

王晨悦 胡盛斌 高福海 卢帅多

摘  要： 为了提高带吊挂负载的四旋翼无人机轨迹跟踪性能，设计了一种双模糊滑模控制器，在削弱抖振的基础上自适应调节所构建滑模面的斜率。仿真结果表明，双模糊滑模控制器优化了快速性指标;跟踪控制调整时间有所减少;对速度跟踪的稳态误差有一个良好的控制效果，该策略的有效性和稳定性得到了验证。

关键词： 滑模控制; 模糊控制; 四旋翼无人机; 内外环结构

中图分类号：TP391.9          文献标识码：A     文章编号：1006-8228（2021）12-14-08

Abstract： In order to improve the trajectory tracking performance of a four-rotor UAV with a suspended load， this paper designs a double fuzzy sliding mode controller， which adaptively adjusts the constructed sliding mode on the basis of weakening chattering. The simulation results show that the dual fuzzy sliding mode controller optimizes the rapidity index， reduces the adjustment time of tracking control， and has a good control effect on the steady-state error of speed tracking， which verifies the effectiveness and stability of the strategy.

Key words： sliding mode control; fuzzy control; UAV; inner and outer ring structure

0 引言

許多学者已经研究很多关于带吊挂负载的四旋翼无人机先进控制或策略。奥堡大学建立直升机负载动力学模型[1]。文献[2]中Omar对直升机的负载盘旋飞行进行了研究，并仿真;文献[3]中主要研究无人机吊挂系统的起飞过程;文献[4]利用非线性预测模型的控制方法实现对无人机的位置和姿态的跟踪，它们在平衡点处达到良好的控制效果，但不能保证偏离平衡点严重时闭环的稳定性;文献[5]研究两架无人机通过绳索拉起负载;文献[6-7]中都运用了微分平滑的方法，在空间仿真验证该方法的可行性，但微分平滑方法的设计控制算法困难。南京航空航天大学的安帅团队对四旋翼无人机变负载，在外环运用了自适应滑模控制，对于内环则运用了自抗扰控制方法[8]。

本文首先建立四旋翼无人机的动力学模型，在其动力学模型的基础上，充分考虑负载质量对数学模型的影响，运用Newton-Eule方法，建立了变负载吊挂旋翼无人机动力学模型。……