王锐, 刘金琨

(北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院, 北京 100191)

基于高增益观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

王锐, 刘金琨

(北京航空航天大学 自动化科学与电气工程学院, 北京 100191)

为了实现四旋翼无人机对给定姿态的快速跟踪,基于Terminal滑模控制方法设计了一种四旋翼无人机的姿态控制器,在设计滑模面时引入非线性函数来保证跟踪误差在有限时间内收敛。考虑在线速度未知的情况下,通过设计高增益观测器来对无人机速度进行观测,并利用所观测的信号设计位置控制器。最后利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,四旋翼无人机在线速度不可测的情况下,仍可进行轨迹跟踪控制。

四旋翼无人机; 高增益观测器; Terminal滑模; 线速度反馈

0 引言

四旋翼无人机(Quadrotor UAV)具有结构简单、机动性强、安全可靠等优点,因此越来越多地被用来执行低空侦察、抢险救灾、航空摄影等任务[1]。四旋翼无人机具有4个控制输入和6个状态变量,是一个典型的欠驱动系统,这使得四旋翼无人机的控制问题具有一定的难度。许多文献研究了四旋翼无人机的控制问题,并提出了多种先进的控制算法,如滑模控制[2-3]、反馈线性化[4]、自适应控制[5]、模型预测控制[6]以及奇异摄动理论[7]等。文献[2]将四旋翼无人机的模型以状态空间的形式表示,采用内外环方法设计控制律,设计了滑模控制器。文献[5]利用内外环结构,对外回路设计了基于反步法的控制器,内回路引入了L1自适应控制对系统进行补偿。……