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无人飞行器自抗扰控制研究进展

2021-05-17

中南大学学报(自然科学版) 2021年4期
关键词:系统设计

(南京航空航天大学直升机旋翼动力学国家级重点实验室,江苏南京,210016)

无人飞行器(unmanned aerial vehicles,UAV)是指通过飞行控制系统或地面人员遥控操纵的不载人飞行器[1]。无人飞行器尺寸小,造价低,隐蔽性强,且不会造成自身人员伤亡,因此受到各国普遍关注而被广泛应用于侦查、情报收集、监控、地面目标打击和农业植保等领域[2-6]。飞行控制系统是无人飞行器的“大脑”,飞行控制律设计是“大脑”的核心。目前国内外已发展出诸多控制算法,如PID控制、滑模控制、模糊控制、神经网络控制和自抗扰控制等[7-11]。

自抗扰控制理论(active disturbance rejection control,ADRC)源于1989年韩京清对于控制论的反思[12],并于1998年正式提出[13],其核心由跟踪微分器[14-15](tracking differentiator,TD)、扩张状态观测器[16](extended state observer,ESO)和状态误差非线性组合控制律[17](state error nonlinear control law,SENCL)3 个部分组成。自抗扰控制理论集中反映了韩京清等对于传统PID控制的反思[18]、对于线性化[19]与参数化[20]的理解,打破了线性与非线性,确定性与不确定性的界限,突破了PID控制的“基于误差而消除误差”,实现了“估计误差消除误差”。自抗扰控制算法鲁棒性强、相对易实现,已在兵器、电力、化工、船舶和航空航天等众多领域得到成功应用。

近年来,自抗扰控制得到蓬勃发展,其影响力与日俱增,得到了学界的广泛关注。李杰等[21]梳理了自抗扰控制相关理论研究成果与进展,并指出了需要进一步拓展、深入研究的内容或可另辟蹊径的方法、思路;高志强[22]对自抗扰控制的范式、本质问题和基本原理进行了梳理和反思,探讨了自抗扰控制思想的内涵和意义,进一步发展了自抗扰控制技术和理论;……

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