主管单位:中华人民共和国工业和信息化部
主办单位:西北工业大学  中国航空学会
地       址:西北工业大学友谊校区航空楼
四旋翼飞行器鲁棒自适应抗干扰姿态控制
DOI:
作者:
作者单位:

1.南昌航空大学;2.南昌航空大学 飞行器工程学院

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通讯作者:

中图分类号:

V273

基金项目:

国家自然科学基金项目(面上项目,重点项目,重大项目)


Adaptive Robust Anti-disturbance Attitude Control for Quadrotors
Author:
Affiliation:

School of Aircraft Engineering,Nanchang Hangkong University

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    摘要:

    高性能的姿态控制器可有效抑制不确定性与外界动态干扰对系统的综合影响,保证四旋翼飞行器安全可靠完成既定飞行任务。采用径向基神经网络(RBFNN)在线逼近四旋翼飞行器飞行运动中的非线性不确定性,并将RBFNN 的逼近误差和外部未知动态干扰视为集总扰动,设计扩张状态观测器(ESO)对其进行在线估计,以ESO 的模型辨识误差和跟踪误差为决策变量设计RBFNN 的权值调整策略以抑制神经网络的黑盒问题;在此基础上,基于动态面控制和Lyapunov 稳定理论为四旋翼飞行器飞行运动系统设计鲁棒自适应抗干扰姿态跟踪控制器,并构造辅助系统抑制动态面控制中滤波误差对闭环系统性能的影响。结果表明:本文设计的姿态跟踪控制器在不确定性和动态干扰的综合影响下可保证四旋翼飞行器能精确跟踪期望姿态角,且具有很好的鲁棒性和稳定性。

    Abstract:

    The high-performance attitude controller can effectively suppress comprehensive effects caused by uncertainties and external dynamic disturbances, and ensure that the quadrotor can safely and reliably fly to complete the designated mission. Therefore, nonlinear uncertainties of quadrotor flight systems are approximated by a radial function neural network (RBFNN) quadrotor, and an extended state observer is designed to estimate lumped disturbances caused by RBFNN approximation errors and external disturbances in this paper. The black box problem of RBFNN is solved by using a model identification error and a tracking error as decision variables. Then, an adaptive robust anti-disturbance attitude tracking controller is designed for quadrotor flight systems based on dynamic surface control and Lyapunov stability theory, and an auxiliary system is constructed to suppress the effect of filtering error on the closed-loop system performance. Finally, Simulation results show that the quadrotor can precisely track the desired attitude angles, and the proposed controller has strong robustness and stability in the presence of uncertainties and disturbances.

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  • 收稿日期:2023-05-25
  • 最后修改日期:2023-11-23
  • 录用日期:2023-11-28
  • 在线发布日期: 2024-05-02
  • 出版日期: