王兆基,赵 彤

(青岛科技大学 自动化与电子工程学院,山东 青岛 266061)

近年来,四旋翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)的发展很迅速,因为四旋翼无人机具有操作简单、机动灵活、应用广泛等特点,引起了研究者的广泛关注[1-2],并且在众多领域中得到了大量的运用。无人机可以代替人完成复杂、危险的任务[3-4],如救援、侦察、测绘等。四旋翼系统是非线性的强耦合系统,在飞行过程中会受到各种扰动的影响,这会使得无人机的飞行控制性能下降。为了解决这些问题,研究人员提出了不同的四旋翼控制算法。在文献[5]中,采用了一种适用于四旋翼无人机执行器故障的自适应PID控制器,可以实时调整控制器的参数。在文献[6]中,设计了一种自适应鲁棒跟踪控制器来控制欠驱动四旋翼的姿态通道。针对参数不确定性和外部干扰问题,在文献[7]中,为了估计未知干扰,采用了一种基于神经网络的自适应补偿控制策略,消除了四旋翼的未知扰动。

自抗扰控制(ADRC)技术结构简单,控制性能强,不需要精确的数学模型,可以应用于具有非线性强耦合的四旋翼系统。然而,传统的自抗扰控制器参数太多,不利于参数的设置。为此,GAO引入观测器带宽的概念,提出了一种由PD控制器和线性扩展状态观测器(LESO)组成的具有较少参数的线性自抗扰控制(LADRC)[8]。虽然ADRC有很多优点,但其响应时间相对较慢,因此引入了滑模控制[9]。它具有鲁棒性强、响应速度快等优点。然而,非线性ADRC参数多,设计复杂。

本工作提出了一种复合控制方法,能够快速有效地跟踪具有外部干扰的四旋翼姿态参考信号。……