基于模糊不确定观测器的四旋翼飞行器鲁棒自适应轨迹跟踪控制

摘要

四旋翼飞行器具有结构简单、控制灵活、造价低廉等优点，在军事和民用都有广泛应用，已成为当前的研究热点。若考虑执行器的复杂动态，四旋翼飞行器系统的运动控制研究具有一定的挑战性和实际意义。针对上述问题，本文提出了基于模糊不确定观测器的鲁棒自适应轨迹跟踪控制方法。
　　本研究主要内容包括：⑴建立了包含螺旋桨和伺服电机的执行器动态的四旋翼飞行器系统动态模型。该模型的建立为复杂四旋翼飞行器的轨迹跟踪控制，提供了更具实际意义的模型基础，使其理论研究更具实际价值。⑵提出了四旋翼飞行器自适应动态面控制策略。通过采用一阶低通滤波器，避免对虚拟控制信号求导;进而设计自适应不确定性补偿器，处理未知外界扰动和系统不确定性，最终确保闭环控制系统的稳定性和跟踪误差最终有界。⑶提出了基于模糊不确定观测器的自适应动态面控制方法。采用一阶低通滤波器，重构虚拟控制信号及其一阶导数;设计模糊不确定观测器，对外部扰动和系统不确定性估计并补偿，最终确保闭环系统的稳定性和跟踪误差最终有界。⑷提出了考虑执行器动态的滤波滑模控制方法。考虑桨速率动态和伺服电机动态，使控制器设计更贴近实际;结合动态面控制和滑模控制，设计滤波滑模控制器，最终确保闭环系统的稳定性和跟踪误差与其它系统信号一致最终有界。⑸提出了基于模糊不确定观测器的考虑执行器动态的滤波滑模控制方法。通过设计模糊不确定观测器，对未知外部扰动和系统不确定性估计补偿;进而结合滑模控制，设计滤波滑模控制器，最终确保闭环系统的稳定性和跟踪误差与其它系统信号的一致有界性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

第2章 四旋翼飞行器建模和相关理论简介

2．1 四旋翼飞行器概述

2．2 四旋翼飞行器数学模型

2．2．1 坐标系建立与坐标转换

2．2．2 牛顿欧拉理论和必要假设条件

2．2．3 四旋翼飞行器平移运动模型

2．2．4 四旋翼飞行器旋转运动模型

2．2．5 四旋翼飞行器执行器动态模型

2．3 模糊控制理论简介

2．4 本章小结

第3章 四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制

3．1 问题描述

3．2 控制器设计

3．2．1 位置控制器

3．2．2 欧拉角控制器

3．2．3 角速率控制器

3．3 稳定性分析

3．4 仿真研究

3．5 本章小结

第4章 基于模糊不确定观测器的自适应动态面轨迹跟踪控制

4．1 问题描述

4．2 基于模糊不确定观测器的控制器设计

4．2．1 位置控制器

4．2．2 欧拉角控制器

4．2．3 角速率控制器

4．3 稳定性分析

4．4 仿真研究

4．5 本章小结

第5章 考虑执行器动态的四旋翼飞行器滤波滑模控制

5．1 问题描述

5．2 控制器设计

5．2．1 位置控制器

5．2．2 欧拉角控制器

5．2．3 角速率控制器

5．2．4 桨速率控制器

5．2．5 伺服电机控制器

5．3 稳定性分析

5．4 仿真研究

5．5 本章小结

第6章 基于模糊不确定观测器的考虑执行器动态的滤波滑模控制

6．1 问题描述

6．2 控制器设计

6．2．1 位置控制器

6．2．2 欧拉角控制器

6．2．3 角速率控制器

6．2．4 桨速率控制器

6．2．5 伺服电机控制器

6．3 稳定性分析

6．4 仿真研究

6．5 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢

作者简介