基于L1自适应律的尾坐式飞行器悬停位置控制

针对一款飞翼布局的尾坐式垂直起降飞行器,研究了悬停阶段的位置控制问题。小型飞行器质量、惯量小,具有纵向横向耦合严重、难以精确建模以及对扰动敏感等特点。首先,建立包含不确定性的非线性动力学模型,通过整合将其改写为一个不含不确定的标称系统和一个非线性非匹配的不确定性两部分,使用级联形式的非线性动态逆架构进行标称系统控制器的设计,显式的期望动力学表达使其更易与L1自适应控制器结合。接着使用L1自适应控制器对非线性非匹配的不确定性进行补偿,以便提高系统鲁棒性,改善瞬态性能。为减小运算负荷,便于工程实现,使用计算更轻量的比例型自适应律进行L1自适应控制器设计。数值仿真验证了所设计控制器具有良好的位置和高度指令跟踪能力。

基于鲁棒伺服思想的尾坐式飞行器悬停姿态控制

针对一款小型飞翼布局的尾坐式垂直起降飞行器,通过考虑舵面失效、风场干扰、气动参数不确定以及转动惯量不确定等因素的影响,进行悬停阶段的姿态控制研究.根据悬停状态点线性化的运动学和动力学模型,设计鲁棒伺服线性二次型调节器(RSLQR)控制器来保证标称系统良好的响应及鲁棒性.同时,考虑到较大不确定及扰动下RSLQR控制器性能下降的不足,希望飞行器能够尽量在平衡点附近较大的范围内工作,为此设计L1自适应控制器进行补偿,以使系统性能得到恢复.考虑到控制器的时延裕度对系统稳定性有着重要影响,讨论控制器参数与系统时延裕度的关系.通过仿真验证不同不确定影响下系统良好的性能,并提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的补偿方法,以使设计的控制系统在飞控硬件性能较为有限时,依然能够保证良好响应.最后,通过飞行测试对所提算法的有效性和可行性进行验证.