四旋翼吊挂变质量负载建模与控制方案设计

针对四旋翼无人机吊挂变质量负载系统中存在负载摆动和外部干扰影响飞行性能的问题,设计了一种基于扩展状态观测器(ESO)和反步控制法相结合,具有内外环结构的控制方案。首先由牛顿-欧拉方程建立了四旋翼吊挂变质量负载系统的动力学模型,建立的四旋翼吊挂变质量负载系统的牛顿-欧拉动力学模型便于理解以及与实际应用相结合;其次在控制方案的外环利用ESO对负载质量变化及外部环境干扰产生的复合扰动进行实时估计,并在控制律中进行补偿,实现了水平位置的抗扰控制;控制方案的内环采用反步控制设计了稳定且抗扰性较强的姿态与高度控制律。仿真通过对所建立的数学模型施加变质量负载与外界环境干扰,验证了所设计控制方案的有效性。

四旋翼吊挂系统的建模与减摆控制设计

针对四旋翼吊挂系统的控制问题,建立了一种变绳长四旋翼吊挂系统数学模型与基于该模型的无源性控制方案。首先,运用欧拉-拉格朗日方程建立四旋翼吊挂系统绳长变速变化情况下的整体数学模型。其次,为实现四旋翼的稳定轨迹跟踪和降低负载摆角的幅值,基于该模型在绳长不变的情况下设计了四旋翼吊挂系统无源性控制方案,并在此基础上设计了前馈控制器进一步抑制负载摆动。最后,在MATLAB中搭建了仿真模型,仿真结果表明所设计的控制方案能够实现四旋翼的稳定飞行,同时将摆角的幅值限制在较小的范围内。