张 勇, 陈增强, 张兴会, 孙明玮, 孙青林

(1. 南开大学计算机与控制工程学院, 天津 300350; 2. 天津中德应用技术大学计算机学院, 天津 300350)

0 引 言

四旋翼无人机是目前比较常见的一种多旋翼无人机,它主要由十字交叉的对称机体以及4个螺旋桨组成,无人机的升力是通过4个电机对4个螺旋桨的转速改变而得到的,从而实现四旋翼的3个位置和3个姿态的6自由度控制。四旋翼无人机因其优越的低空飞行能力而受到广泛应用,关于四旋翼无人机的控制系统设计问题也成为了近年来控制领域的一个研究热点,由于四旋翼模型具有非线性、强耦合和不确定性,以及四旋翼无人机实际飞行环境的复杂性,要求控制系统应有较强的抗干扰能力和鲁棒性。针对以上四旋翼无人机的控制问题,目前国内外相关的控制方法有比例-积分-微分(proportion-integral-differential,PID)控制[1]、滑模控制[2-6]、四元反馈控制[7]、Backstepping[8]、线性二次型调节器[9]、鲁棒控制[10]、自适应控制[11-13]等。

文献[14]在20世纪80年代提出一种新的控制策略自抗扰控制技术(active disturbance rejection control technique)。自抗扰控制最核心的技术就是把被控系统内部的不确定因素以及外部扰动都看成是未知总扰动,然后用扩张状态观测器(extended state observer,ESO)对总扰动进行估计并在控制器中给予补偿。自抗扰控制器具有控制精度高、响应速度快、鲁棒性强等优点,因此在许多的理论研究和工程实际中都得到了广泛的研究与应用。但是自抗扰控制器是非线性的,这就使得控制器的参数过多,参数难以整定,算法不易实现。……