【摘 要】
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近年来,小型固定翼无人机因其便捷性与机动性而备受关注。一般情况下,无人机需自主完成飞行任务,而无人机出色完成任务的前提在于控制理论的先进与否。因此,本文对小型固定翼无人机的控制算法进行了探索研究。本文通过坐标变换与牛顿第二定律将对象无人机在各个坐标系下的动力学与运动学特性进行了建模分析与数学表达。在此基础上对飞行控制系统进行了由局部到整体的设计,并确定了双闭环的系统架构。采用经典控制理论中的PID
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近年来,小型固定翼无人机因其便捷性与机动性而备受关注。一般情况下,无人机需自主完成飞行任务,而无人机出色完成任务的前提在于控制理论的先进与否。因此,本文对小型固定翼无人机的控制算法进行了探索研究。本文通过坐标变换与牛顿第二定律将对象无人机在各个坐标系下的动力学与运动学特性进行了建模分析与数学表达。在此基础上对飞行控制系统进行了由局部到整体的设计,并确定了双闭环的系统架构。采用经典控制理论中的PID控制器与现代控制理论下的反步滑模控制器进行对比,以对象无人机的滚转角精准控制为例,进行了控制仿真实验。由于经典PID控制的仿真结果并不理想,本文将现代控制理论中的反步控制、滑模控制、鲁棒控制与自适应控制等理论进行了梳理,并根据对象无人机精准控制的需求由浅入深的设计了以下控制器:反步滑模控制器相较于PID控制器而言,对滚转角速度的跟踪效果一般,且伴随有控制输入抖振现象;为解决上述问题进一步设计了鲁棒反步滑模控制器与自适应反步滑模控制器,前者可解决追踪精度的问题,后者则解决了控制输入抖振问题。文末分析了对象无人机在使用上述控制器时的仿真结果,得出了自适应反步滑模控制理论优于经典PID控制理论的结论。
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