【摘 要】
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近年来,无人机受到了广泛关注,因其具备的重访周期短、灵活性强、机动速度快等特点,使得无人机在国防、气象、农业、地质、城市管理、抢险救灾、视频拍摄等行业显现出越来越重要的作用.针对无人机的姿态控制技术被广泛深入研究.实际飞行环境中,无人机系统具有复杂性和不确定性.无人机高性能姿态控制的难题之一是通常无法精确建立系统模型且飞行中具有复杂的外部干扰影响.对于这一控制难题,为提升无人机姿态控制的性能品质,
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近年来,无人机受到了广泛关注,因其具备的重访周期短、灵活性强、机动速度快等特点,使得无人机在国防、气象、农业、地质、城市管理、抢险救灾、视频拍摄等行业显现出越来越重要的作用.针对无人机的姿态控制技术被广泛深入研究.实际飞行环境中,无人机系统具有复杂性和不确定性.无人机高性能姿态控制的难题之一是通常无法精确建立系统模型且飞行中具有复杂的外部干扰影响.对于这一控制难题,为提升无人机姿态控制的性能品质,本文第二章以二自由度无人直升机为研究对象,研究了关于俯仰和偏航两个方向的飞行姿态控制.设计了一个高性能且易于物理实现的控制方法——基于非线性扩张状态观测器的非线性自抗扰控制方法,主要思想是将系统内部未建模动态和外部干扰等组成的不确定性因素作为系统的“总扰动”,利用输入输出信息在线观测“总扰动”并设计反馈控制器进行补偿.文章在ESO和反馈控制设计部分均采用非线性设计,严格证明了闭环控制系统的稳定性和收敛性,从理论上保证了该控制方法的有效性.仿真部分对线性自抗扰控制,具有时变参数的自抗扰控制,本文提出的非线性自抗扰控制三种自抗扰控制方法和改进过的滑模控制进行了对比.数值结果显示当量测输出受噪音干扰时本文提出的方法在四种控制中更优.当系统模型精确已知,为了提高无人机系统的控制精度以及收敛速度,在本文的第三章,通过设计有限时间状态观测器和基于该观测器的有限时间输出反馈控制器,研究了二自由度无人直升机线性系统的有限时间输出反馈镇定问题.理论部分严格证明了闭环控制系统的有限时间收敛.数值仿真结果显示在无噪声和有噪声下控制系统的状态在有限时间之后均趋于零,从而验证了所提出控制方案的有效性.
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