基于滑模理论的四旋翼直升机的姿态控制研究（王丽新）.ppt

1、基于滑模理论的四旋翼直升机的姿态控制研究,答辩人： 王丽新 导 师： 郑 艳 副教授,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,绪论 四旋翼直升机的模型优化 四旋翼直升机的最终滑模控制器设计 具有非匹配不确定性的四旋翼的滑模控制 结论与展望,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第一章 绪 论,四旋翼直升机是一种垂直起降式直升机，在军事和民用方面都具有广阔的应用前景，近年来，四旋翼直升机已经引起了人们的高度关注，许多研究机构正致力于这方面的研究。 四旋翼直升机的控制系统是典型的多输入多输出高阶系统，具有较强的通道耦合、非线性、干扰敏感等特性，是较为复杂的

2、被控对象。,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第一章 绪 论,飞行器的姿态与位置存在直接耦合关系，姿态控制是整个飞行控制关键，如何设计一种既能精确控制飞行器姿态，又具有较强抗干扰能力的姿态控制器成为四旋翼无人直升机飞行控制技术中一个亟待解决的问题。,？,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,最终滑模控制是滑模控制中的一种，主要针对多输入多输出系统的设计方法，系统存在匹配不确定性时具有较强的鲁棒性，优点是避免了多输入系统存在多个滑动模态的情况，使系统按照期望的动态品质到达最终滑动模态。改善了变结构控制系统的动态品质。 线性矩阵不等式（LMI）方法能

3、够处理滑模控制中存在非匹配不确定性。采用LMI技术设计鲁棒滑动模面与控制器，保证控制系统的稳定性。,第一章 绪 论,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第一章 绪 论,本文结合四旋翼直升机特点，针对其姿态控制进行了研究，通过简化数学模型，得到三输入三输出的状态方程。考虑到最终滑动模态的优点，设计了基于最终滑动模态变结构控制器；针对系统中存在非匹配不确定性采用LMI方法设计了滑模变结构控制器，并通过仿真验证了控制器的有效性。,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第二章 四旋翼直升机的模型优化,俯仰角,动力学模型,2020年8月14日10时43分 控

4、制理论与导航技术研究所,第二章 四旋翼直升机的模型优化,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,问题描述,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,控制对象为,控制对象及控制结构,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,2020年8月14日10时43分

5、 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,仿真研究-最终滑动模态与指数趋近律控制相比较,状态曲线,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,图2(a) 指数趋近律下切换函数曲线,图2(b)最终滑动模态下切换函数曲线,滑模面曲线,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,图3(a) 指数趋近律控制器输出曲线,图3(b) 最终滑动模态控制下控制 输出曲线,控制输出曲线,2020年8月

6、14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,图4(a)加入不确定状态曲线,图4(b)加入不确定滑模面曲线,最终滑动模态控制-加入参数摄动与干扰,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第三章 四旋翼的最终滑模控制研究,图5最终滑动模态控制加入干扰、参数摄动控制曲线,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,考虑含有非匹配时变不确定的线性系统：,问题描述,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,2020年8月14日10时43分 控制理论

7、与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,【假设4.3】 式(4.1)中的不确定性是范数有界的，且满足：,其中，,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,矩阵,，,和常数,滑模面设计,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,【定理4.2】 设线性不确定系统的简约型(3.4) 满足假设4.3，并且是 可逆的，选择滑模控制律,则可保证滑模控制系统满足滑模到达条件。其中，,滑模控制器的设计,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,仿真研究-非匹配不确定,图6（a）非匹配不确定状态曲线 图6（b）滑模面曲线,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,第四章 非匹配不确定性的滑模控制,图6（c)控制曲线,2020年8月14日10时43分 控制理论与导航技术研究所,结论与展望,结论： （1）本文采用最终滑动模态控制策略对四旋翼直升机的姿态进行控制。与一般的趋近律方法设计的控制器相比较，最终滑动模态控制方案可以快速的到达滑模面，状态在短时间内收敛到原点。 （2）采