基于观测器的四旋翼控制-抗扰-避障一体化

针对四旋翼飞行器“规划-跟踪”避障方法中存在执行器跟踪误差的问题,采用控制-抗扰-避障一体化的设计方案,提出了一种带障碍约束的避障位置控制器。将Barrier李亚普诺夫函数用于约束障碍物边界,通过引入飞行器与目标位置的距离信息使目标点成为平衡点,从而解决传统势场方法中目标不可到达的问题。对于四旋翼控制系统状态强耦合、模型建立不精确的问题,提出了一种基于观测器的模型补偿控制策略并应用于姿态控制。采用补偿函数观测器估计模型偏差及外界扰动,并实时将估计值反馈补偿给控制器以达到自适应抗扰的控制跟踪效果。最后,对上述算法仿真验证,结果表明,基于观测器的模型补偿控制相较于其他控制算法在暂态性能、跟踪期望响应和抗干扰方面有更优的控制效果;避障位置控制器无需考虑跟踪误差问题,在仿真时间角度上,一体化避障方法较传统的“规划-跟踪”避障方法大幅度缩短,通过给定起始、目标位置后可以实现对静态障碍的躲避。