【《用于电网树障处理的悬挂刀具空中机器人控制算法案例分析》1900字】

用于电网树障处理的悬挂刀具空中机器人控制算法案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u2062用于电网树障处理的悬挂刀具空中机器人控制算法案例分析 [35]。姿态误差定义为期望四元数和当前的四元数的差，如下式所示： （3-3）期望的角速度由四元数误差的向量部分获得，如下式所示： （3-4）其中，为姿态控制增益系数。设计姿态控制律采用四元数法，只有角速度环包括PID控制律： （3-5）自抗扰控制算法理论四旋翼无人机的姿态控制是整个飞行控制的核心部分，其控制效果直接影响飞行质量。由于四旋翼飞行器非线性、强耦合、欠驱动的特性，本文采用自抗扰控制器对机器人进行姿态控制。自抗扰控制技术不依赖于被控对象的精准模型,抵抗系统内外的各种扰动能力强,鲁棒性好，其结构如图。图3.2常用自抗扰控制器结构跟踪微分器 跟踪微分器主要是为输入信号安排了过渡过程，并得出高质量微分信号。传统PID中反馈量中的噪声导致不能很好的提取微分信号，因而常用PI调节器。而跟踪微分器可以有效的从含有噪声的信号中提取近似微分信号，并过滤高频噪声。二阶跟踪微分器为： （3-4）式中为速度因子，为了避免在原点附近颤振，采用线性饱和函数： （3-4）扩张状态观测器状态观测器可以利用系统的输入与系统的输出来确定系统内部所有的状态信息，而扩张状态观测器不仅能够估计出系统内部的所有状态，还能估计出作用于扩张出的系统加速度的实时作用量，对于如式（3-21）非线性系统： （3-21）可以得到如下形式的扩张状态观测器，变量称为被扩张的状态： （3-21）其中为非线性函数： （3-21）式中是观测增益参数，，是控制器的参数。当系统的采样步长确定后，可以按如下公式（3-24）确定；是模型的控制量放大系数，如果未知时，可以将的近似估计值当作可调参数；是线性段的区间长度。 （3-24）非线性状态误差反馈控制律传统的PID控制为误差的现在、过去和将来的线性组合，这种组合并非最优，可以在非线性范围内寻求更合适的组合形式。PD形式的非线性组合表示为： （3-26）式中和是调节参数，为控制器计算的输出量。除了PD形式的非线性组合，其他常用的组合方式有： （3-26）自抗扰控制器设计控制结构四旋翼飞行器由4个控制输入来实现对飞行器位置和姿态6个自由度的控制，定义系统输入如下: （3-26）其中为升力系数;为拖拉系数;为各旋翼转速。水平运动是通过控制姿态来实现的，因此姿态控制为系统内环，位置控制为外环。四旋翼控制系统结构如图所示。外环可用易实现的PID控制，本文主要讨论四旋翼的姿态控制。图3.3四旋翼控制系统结构图将系统六自由度动力学模型（2）的姿态部分改写为自抗扰控制理论相对应的形式： （3-26）其中，、、为系统的动态耦合部分，为各种干扰的总和，为未知函数。姿态控制姿态角使用ADRC控制，通过对ADRC三个主要部分的研究，将控制器建模如下： （3-29）式中，和是跟踪微分器跟踪后的角速度和近似微分信号，是期望角速度。为系统当前的角速度，为估计的角速度，为扰动的估计