无人机鲁棒动态逆控制研究

摘要

无人机自主控制的研究是无人机研究项目的关键技术之一，我国在这方面的研究在理论和工程实际上尚处于起步阶段。本文就是在深入学习国外无人机自主控制最新理论和研究成果的基础上，首次尝试采用动态逆技术和H<,∞>鲁棒控制方法，设计了无人机鲁棒动态逆控制系统。 首先对无人机的数学模型进行研究，在一定的简化条件下，推导建立了对象的六自由度非线性运动方程和作动器模型。并采用四阶龙格一库塔方法进行模型的仿真分析以确认模型的正确性。然后采用层叠结构的动态逆控制器，分别设计内回路和外回路控制律。接下来根据动态逆控制器在飞机参数摄动的情况下不能满足控制要求的事实，基于H<,∞>理论设计了回路成形控制器，使得系统具有良好的鲁棒性。 通过系统仿真验证表明，非线性动态逆是一种精确线性化方法，若模型足够精确，这种方法在理论上将会收到很好的效果。但对于实际系统不可避免存在的参数摄动，其控制效果不够理想。H<,∞>鲁棒控制方法的引入很好的解决了这一问题，使得控制系统具有良好的动态性能、跟踪性能、解耦性能和鲁棒性能。应用这种新的鲁棒动态逆控制方法设计无人机飞行控制系统是可行和有效的。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1课题背景和意义

1.2非线性动态逆控制

1.3 H∞回路成形方法

1.4鲁棒动态逆控制

1.5论文的主要工作

第二章无人机数学模型研究

2.1引言

2.2无人机非线性运动方程

2.2.1无人机六自由度运动方程式的建立

2.2.2本文所选用的飞机模型

2.2.3无人机的力和力矩

2.3飞机的操纵机构

2.4无人机模型的仿真分析

2.4.1非线性微分方程的数值解

2.4.2对象模型在MATLAB仿真环境下的实现

2.4.3对象模型自然特性的仿真

2.5本章小结

第三章非线性动态逆控制器设计

3.1引言

3.2非线性动态逆理论

3.3层叠结构非线性动态逆

3.4非线性动态逆控制器设计

3.4.1内回路动态逆控制器

3.4.2外回路动态逆控制器

3.5动态逆控制器鲁棒性分析

3.6本章小结

第四章鲁棒非线性控制系统设计

4.1引言

4.2鲁棒动态逆方法

4.3 H∞控制问题及理论

4.3.1标准H∞控制问题

4.3.2 H∞回路成形方法

4.3.3回路成形设计步骤

4.4基于H∞回路成形的控制律设计

4.4.1加权函数的选取

4.4.2控制律的解算

4.4.3鲁棒动态逆控制系统的仿真

4.5鲁棒性验证

4.5.1模型不确定性

4.5.2鲁棒性仿真研究

4.6本章小结

第五章总结

5.1本文的主要工作和成果

5.2进一步研究的方向

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

附录：符号表