【摘 要】
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现有的非线性系统相关控制理论和方法,都存在各自的局限性。更为糟糕的是,由于欠驱动系统的独特性质非线性系统的控制理论和方法并不能够直接适用于欠驱动系统。然而,伴随着欠驱动系统的不断发展,深入研究欠驱动系统的抗干扰稳定性问题具有重要的理论意义与实际价值。本文首先针对一般性不确定非线性系统设计扩张干扰观测器,然后以四旋翼飞行器作为欠驱动系统的实例,基于扩张状态观测器设计滑模控制器实现四旋翼系统的全局渐近
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现有的非线性系统相关控制理论和方法,都存在各自的局限性。更为糟糕的是,由于欠驱动系统的独特性质非线性系统的控制理论和方法并不能够直接适用于欠驱动系统。然而,伴随着欠驱动系统的不断发展,深入研究欠驱动系统的抗干扰稳定性问题具有重要的理论意义与实际价值。本文首先针对一般性不确定非线性系统设计扩张干扰观测器,然后以四旋翼飞行器作为欠驱动系统的实例,基于扩张状态观测器设计滑模控制器实现四旋翼系统的全局渐近稳定。本文主要工作内容如下:1.不匹配非线性系统扩张干扰观测器设计考虑一般性的具有不匹配干扰的非线性系统,本文改进现有的扩张干扰观测器对不匹配干扰项进行精确估计。基于扩张观测器设计出一个新的积分滑模控制器实现非线性系统的渐近稳定。最重要的部分是,本文将通过二阶非线性系统得到的控制策略推广到n阶不匹配非线性系统,并证明了它的正确性。在仿真实验中,通过与传统控制方法的对比结果能够验证本文所提出的控制策略的有效性和优越性。2.建立四旋翼飞行器动态模型分析四旋翼飞行器的机体构造和飞行原理,建立描述四旋翼飞行器基本运动所需要的坐标系,对四旋翼飞行器进行动力学分析。依据牛顿-欧拉方程分别推导建立四旋翼飞行器的位置模型和姿态模型。3.基于ESO的四旋翼飞行器稳定性研究针对存在未知干扰的四旋翼飞行器系统,研究了一种基于扩张状态观测器的四旋翼滑模控制方法。将四旋翼飞行器系统看作由位置子系统与姿态子系统组成。首先利用传统的滑模控制方法实现位置子系统达到全局渐近稳定。然后提出一种扩张状态观测器估计姿态子系统中存在的未知干扰,进而基于观测器设计一个恰当的滑模控制器使姿态子系统达到全局渐近稳定。最后通过仿真实验验证了本文所提出控制方法的有效性和鲁棒性。
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