刘宝莹,李明秋,杨俊威

(长春理工大学,吉林 长春 130022)

四旋翼飞行器因其成本低，操作简单，机动性强等特点,被广泛应用于军事和民用领域[1]。四旋翼飞行器作为典型的非线性系统同时具有欠驱动、强耦合、多变量等特性,此外,四旋翼在执行任务时易受到外界不确定因素的干扰,因此对于四旋翼飞行器姿态控制系统需满足较强的抗扰性、鲁棒性和稳定性等性能要求[2-3]。

文献[4]采用积分滑模控制策略对四旋翼飞行器进行跟踪控制。文献[5]将扩张状态观测器和反步滑模法相结合,此方法对数学模型要求较高。文献[6]采用自适应非奇异终端滑模控制方法设计鲁棒控制器,并通过仿真试验验证了算法的可行性。文献[7]采用自抗扰控制器(ADRC)控制方法验证四旋翼飞行器抗干扰能力。

本文采用自抗扰控制算法对四旋翼飞行器姿态进行控制,其具有不依赖于精确的系统模型，跟踪精度高，抗干扰能力强等特点。但在误差较大时,传统控制器中ESO对扰动的观测能力会降低,控制效果较差,为提高无人机飞行姿态控制时的快速、抗干扰等性能,对传统ADRC中的fal函数进行改进,将得到的改进型ADRC策略应用于无人机飞行姿态控制,并结合仿真分析验证了该方法的有效性。

1 动力学模型建立

四旋翼飞行器的模型示意图如图1所示。

图1 四旋翼飞行器结构图

NE=RBNB=

(1)

式中,C·=cos·,S·=sin·，RB为机体坐标系到地面坐标系的转换矩阵。

假设四旋翼飞行器是质量分布均匀且机身结构对称的刚……