植保无人机药箱建模与姿态控制器设计

摘要

为了提高八旋翼植保无人机的可控制性，对无人机喷洒过程中药箱进行了分析和建模，推导出长方体药箱质量和转动惯量随时间变化的公式，进一步得到了植保无人机精确的时变性动力学模型．为了验证模型的正确性和先进控制律的控制效果，设计自适应反步终端滑模姿态控制器，第一步采用典型反演控制；第二步应用终端滑模控制，使最后状态在有限时间内收敛到理想值；第三步设计了自适应控制律以消除未知干扰的影响，设计的控制器均满足 Lyapunov 稳定性理论．对控制器进行了仿真和试验验证，控制效果与模糊 PID 姿态控制器进行对比分析，结果表明：建立的时变性动力学模型可以使自适应反步终端滑模控制器良好地应用到无人机上，姿态角控制效果得到明显改善，试验中姿态角误差分别降低了25.57％，24.21％和19.41％，同时控制器对外界未知干扰不敏感，且具有较强的鲁棒性．