刘凯悦, 冷建伟

(1.天津理工大学 自动化学院, 天津 300384;2.天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室, 天津 300384)

基于滑模控制的四旋翼无人机自适应跟踪控制

刘凯悦1, 冷建伟2

(1.天津理工大学 自动化学院, 天津 300384;2.天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室, 天津 300384)

针对四旋翼无人机在系统内部模型参数不确定性情况下的轨迹跟踪问题,提出了一种基于滑模控制的四旋翼无人机自适应跟踪控制方法。首先,采用单位四元数来描述系统姿态,将系统分解为位置子系统和姿态子系统;考虑到位置子系统的欠驱动特性,引入了虚拟控制力,跟踪位置信息并解算出实际升力和理想姿态;其次,通过自适应滑模控制器补偿了质量和转动惯量的不确定性,实现了轨迹的跟踪;最后,利用Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明了算法的有效性。

四旋翼无人机; 单位四元数; 虚拟控制力; 自适应滑模控制

0 引言

与传统的直升机相比,四旋翼无人机的工艺更简单、安全性能更强、飞行效率也更高,因此在军事和民用领域的应用越来越广泛,例如监控、侦察、在恶劣环境下的探索和救援任务等[1]。然而其固有的非线性、欠驱动、强耦合性以及系统参数未知等特性,使得四旋翼无人机系统的控制器设计仍然是一项具有挑战性的任务[2-3]。

目前,在系统模型参数存在不确定性的前提下,为了实现四旋翼无人机轨迹跟踪的目标,已提出了多种控制器设计方案。……