刘晓青+罗刘敏+李晋+程全+杨静

摘 要： 四旋翼直升机因其优良特性，在军事和民用领域均有广阔的应用前景。为确保其安全稳定飞行，针对周口师范学院自主研制的四旋翼直升机，结合其结构及动力学原理，考虑非匹配不确定性因素的影响，对三自由度四旋翼直升机进行建模。采用线性矩阵不等式技术进行变结构滑模控制系统设计，仿真结果表明，该系统抗参变能力较强，直升机的飞行姿态基本满足控制要求。

关键词： 滑模控制； 四旋翼直升机； 建模； 线性矩阵不等式

中图分类号： TN876?34； TP273 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）13?0106?04

Abstract： The quadrotor has broad application prospect in military and civil fields due to its excellent properties. In order to ensure its safe and stable flight， aiming at the quadrotor developed by Zhoukou Normal University independently， a quadrotor with three?degree of freedom is modeled in combination with its structure， dynamics principle， and effect of unmatched uncertainty factors. The linear matrix inequality technology is used to design the variable structure sliding?mode control system. The simulation result shows that the system has strong capability to resist the parameter variation， and the flight attitude of the quadrotor can satisfy the control requirements basically.

Keywords： sliding?mode control； quadrotor； modelling； linear matrix inequality

0 引 言

四旋翼直升机由于具有体积小，噪音小，可实现垂直起降与着陆、侧飞、悬停、倒飞等飞行姿态[1]，机动灵活，便于操纵等优点，在军事领域（如情报获取、地面战场监察等）和民用领域（如航拍、重大灾害后的搜救、农场信息采集[2]等）均有广阔的应用前景，如何保证其安全飞行便显得尤为重要。

滑模变结构控制可针对结构不固定的系统，根据当前的系统状态值调节系统结构，使系统状态保持在滑动模面上，并最终到达平衡点[3?4]。本文采用滑模变结构控制研究四旋翼直升机飞行姿态控制问题，以保证其安全稳定飞行。

1 四旋翼直升机的结构原理及硬件配置

1.1 结构原理

四旋翼直升机是旋翼式直升机的一种，它是由4输入作用力产生6个自由度的一种欠驱动系统[5]。与固定翼飞行器相比，旋翼式直升机可实现垂直起降与着陆、侧飞、悬停、倒飞等飞行姿态[6]，环境适应能力强；……