朱雨翔 王圣 闫晓龙 占博伦

(1.国网上饶供电公司，江西上饶 334000；2.江西洪都航空工业集团有限责任公司，江西南昌 330024）

0.引言

无人四旋翼飞行器由于其优越飞行性能已经广泛应用到许多实际应用中，许多场景会要求无人机在复杂环境下（存在扰动或悬挂未知载荷等）实现高性能跟踪。传统的线性控制方法由于通常在线性化点处实现控制器，对于大包线使用场景会出现性能下降现象。为解决该问题，近年来多种非线性方法被应用到四旋翼控制器设计，例如动态逆[1]，反步法[2-5]，滑模控制[6-7]等。

由于四旋翼飞行具有级联动力学结构，使得反步方法非常适用于四旋翼控制器设计，可以融合多模态飞行控制切换。然而，传统反步控制不能提供全系统的鲁棒性能保证。为解决该问题，需要利用其他的控制技术来消除扰动影响，例如积分控制、自适应控制[8-9]、滑模控制[2]等。最近，自抗扰控制（Active Disturbance Rejection Control，ADRC）被广泛用于实现快速扰动消除。在ADRC中，需要设计扰动观测器（Disturbance Observer, DO）来对扰动实时估计，然后在控制回路中对扰动不良影响进行补偿[10]。

使用积分滑模（Intergral Sliding Mode，ISM）可以增强反步控制的鲁棒性[11]。ISM控制中包含了基准控制器和滑模控制器两部分。基准控制器用来保证系统稳定，实现系统标称性能。滑模项用来缓解扰动的影响。由于整个系统从一开始就位于滑模面上，因此通过ISM可以有效消除滑模接近阶段。当系统位于滑模面上时，通过等价控制方法，可以将匹配扰动的影响抵消。同时在滑模控制中还引入了二阶滑模控制思想，可以有效缓解控制输入的抖振现象。……