摘要：四旋翼无人机能够实现垂直起降、悬停等各种动作,在结构设计和操纵控制等方面较常规直升机具有诸多潜在优势,同时,四旋翼无人机是一个欠驱动,强耦合,不稳定的非线性系统,近年来,国内外大量学者都对四旋翼无人机控制展开了相关研究.本文在分析四旋翼无人机的工作原理的基础上,建立了旋翼机的非线性动力学模型,并在悬停工作点进行了小扰动线性化处理,得出六自由度的全状态线性模型,设计了LQ最优控制器.LQ最优控制器本身具有很强的鲁棒性,但是依赖于精确的数学模型,而在客观实际中不可避免的存在建模误差和各种不确定性,导致LQ最优控制系统性能变差甚至不稳定.因此,本文进一步的引入了模型参数误差,并采用了遗传算法对二次型加权矩阵进行了优化.在加权矩阵参数优化设计中,把标称模型和具有参数误差的模型的时域指标作为遗传算法适应度函数的设计依据,使系统对参数误差和时域响应都具有一定的适应性.仿真实验中,基于遗传算法优化的加权矩阵设计的LQ最优控制器,对标称模型和具有参数误差的模型的姿态稳定控制具有较为理想控制效果,对比基于标称系统设计的LQ最优控制系统,提高了系统的鲁棒性.
