Integral Backstepping法在四旋翼飞行器抗干扰研究中的应用

针对四旋翼飞行器多输入多输出、强耦合、非线性且欠驱动等特点带来的对外部干扰敏感问题,提出了基于积分型反步法的控制系统。首先建立了四旋翼飞行器的动力学模型,然后设计了位置控制回路外环及姿态控制回路内环的双闭环控制结构PID控制器,和由李雅普诺夫稳定性理论证明的Integral Backstepping法的控制器,最后在Matlab/Simulink中对这两种控制器进行仿真实验分析。结果表明,使用Integral Backstepping算法的控制器模型在控制精度、调节时间和抗干扰性上都明显优于经典PID算法。

四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在复杂飞行条件下速度不可测的轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在外界未知干扰和模型参数不确定的情况,提出了一种基于扩张观测器的轨迹跟踪控制方法。该方法设计了积分型反步法跟踪控制器,以降低系统的稳态误差,并引入了状态扩张观测器,来估计系统未知速度信息,同时对干扰和模型参数不确定因素进行实时估计并给予补偿;最后,选取李雅普诺夫函数证明了该控制系统的稳定性。以Quanser公司的Qball2四旋翼飞行器为研究对象和飞行实验平台,对所设计的控制器进行验证。实验结果表明,本文所设计的基于扩张观测器的轨迹跟踪控制器,能够有效地估计轨迹跟踪控制过程中的未知速度信息,解决外界未知干扰和模型参数不确定的问题,增强对环境的适应能力,有效提高了飞行器对未知干扰的鲁棒性和轨迹跟踪控制的精确性。