基于Backstepping自適應的固定翼無人機控制方法研究.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展，無人機開始漸漸走入人們的視野，其應用領域也從軍用向著民用逐漸轉變，由于無人機執(zhí)行的任務日趨多樣化，對無人機快速的執(zhí)行能力與準確的穩(wěn)態(tài)響應等方面的性能要求也在不斷地提高，其飛行安全性與穩(wěn)定性等問題愈加的受到重視。無人機控制的核心是飛行控制律，目前超過八成的小型無人機均采用傳統的PID控制器，但是在一些控制精度要求較高的場合，PID控制器常常無法同時滿足快速性與準確性的需求，尤其當舵面發(fā)生意外受損等情況時，傳統的PID控

2、制將無法完成對無人機的控制，甚至發(fā)生墜落等危險。
　　基于對無人機的實際控制需求與目前PID控制律的不足，本文提出并設計了一種基于反演法的固定翼無人機自適應控制律，該控制律以自適應控制的“以動制動”思想為出發(fā)點，由系統的輸出推導實時的控制律，普遍適用于無人機等非線性強耦合時變系統；同時結合反演法的遞推思想，使設計思路清晰明確，控制律的求取簡單易行。
　　首先，本文建立了無人機在空中平穩(wěn)飛行時的數學模型，通過小擾動線性化和引入

3、舵機數學模型，推導出描述無人機實際姿態(tài)轉角與輸入期望轉角之間的傳遞函數，同時也對舵面損傷進行了數學建模?；诖嗽O計了一種性能明顯優(yōu)于傳統PID的改進型智能自適應PID控制器，該控制器采用專家控制的設計思想，將實際輸出響應分成不同的段，分別依據實際輸出設計不同的PID控制律與控制參數，從而使系統的快速性與準確性整體提升；
　　其次，分別使用自適應反演控制律與智能自適應PID控制律對無人機完好的情況進行 MATLAB/Simulink

4、仿真，分析兩種控制律對無人機俯仰、滾轉和航向三個姿態(tài)的控制性能，結果顯示，在快速性方面智能自適應PID控制律略占優(yōu)勢，在準確性方面自適應反演控制律明顯占優(yōu)；
　　再次，引入舵面損傷模型，仿真分析在舵面效率缺損、舵面卡死和舵面浮松三種情況關于俯仰、滾轉和航向三個姿態(tài)方向下兩種控制律的控制性能。結果顯示，發(fā)生舵面效率缺損時，智能自適應PID控制律的超調量增大，調節(jié)時間明顯增長，無法滿足無人機快速性的控制需求，而自適應反演控制律的超調量

5、基本不變，調節(jié)時間只是略微延長，依舊可以保持良好的控制性能。發(fā)生舵面卡死和舵面浮松時，智能自適應PID控制律的系統輸出無法跟蹤期望輸入，于是無法對無人機進行相應的控制，而自適應反演控制律則依舊可以保持相對較好的快速性與準確性，控制無人機完成相關任務；
　　最后，使用天行者1680固定翼無人載機對自適應反演控制律與智能自適應PID控制律進行實際飛行驗證，通過飛行日志的分析，驗證了了仿真分析的正確性，同時證明了自適應反演控制律應用于固