四旋翼非奇异反步终端滑模姿态抗干扰控制

针对干扰下的四旋翼姿态系统快速收敛问题,设计了非奇异反步终端滑模姿态控制器。在外部干扰作用下,姿态系统中的误差变量从初始位置起,全局有限时间收敛至平衡点。基于牛顿-欧拉方法建立四旋翼动力学模型。四旋翼系统采用双环控制策略。姿态内环设计幂指数型时变增益趋近的非奇异反步终端滑模控制器,从而避免了传统终端滑模的奇异现象且使得在外部干扰下系统状态有限时间内收敛。仿真中,外部干扰下采用所设计的四旋翼的控制效果和误差收敛速度与反步滑模(BS-SMC)相比得到明显提高。飞行实验中应对外部干扰也具有较好的姿态表现。通过仿真和飞行试验验证所设计的幂指数型时变增益趋近的非奇异反步终端滑模姿态控制方法的鲁棒性。

四旋翼不确定干扰前馈补偿与反步滑模姿态控制

针对四旋翼控制中由外部不确定干扰和系统参数不确定引起的具有时变特性的不确定界干扰问题,设计一种不确定干扰前馈补偿的反步滑模姿态抗干扰控制方法。采用牛顿欧拉方法建立带不确定干扰的四旋翼6自由度动力学模型,然后采用非线性干扰观测器对姿态系统中的不确定干扰进行观测估计,进而基于不确定干扰估计量的前馈补偿设计反步滑模控制器,最后通过Lyapunov理论验证了系统的稳定性。仿真结果表明,所设计的控制器可以有效解决外部干扰和系统参数不确定导致的系统高阶不确定性问题,实现不确定干扰下的四旋翼鲁棒控制,同时改善传统滑模中控制输入不连续的情况。通过仿真与抗干扰飞行实验验证了所设计的控制策略在应对快时变特性干扰时具有较好的鲁棒性。

指数型时变增益反步滑模四旋翼姿态控制

针对四旋翼无人机姿态系统,提出了一种指数型时变增益趋近反步滑模抗干扰控制方法,并完成了仿真与实验验证。首先,基于牛顿-欧拉方法建立四旋翼动力学模型,考虑系统存在的外部干扰,在双环控制策略的前提下,结合反步法与滑模控制设计了控制器。由于姿态环存在匹配确定界干扰,根据系统状态偏离滑模面的程度,设计指数型时变增益趋近反步滑模控制器,并且通过Lyapunov理论证明系统渐近稳定。在仿真中,依靠设计的控制器完成鲁棒跟踪控制。在非全局外部干扰下,系统状态在滑模面上的表现,相比于根据传统指数趋近律设计的滑模控制器更加平滑。最后,通过实验验证了该方法在抗外部干扰时的有效性。