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論文案例丨基于自適應滑模控制器的四旋翼無人機魯棒追蹤控制
基本信息
西南交通大學·電氣工程學院，研究方向：無人機控制與路徑規劃
發表于Complexity。影響因子：2.462
論文內容簡介
針對四旋翼無人機受到的參數不確定性和外部擾動的問題，本文提出一種魯棒自適應滑模控制技術。首先，基于牛頓-歐拉方程建立四旋翼無人機的欠驅動動力學模型。然后，使用滑模方法設計四旋翼無人機的高度和姿態的控制律。同時，提出一種群參數自適應律估計四旋翼無人機動力學模型的所有物理參數。利用Lyapunov定理證明了所提控制器能夠漸進刪除跟蹤誤差。最后，通過與自抗擾控制器、線性二次調節器的仿真與實驗對比，說明了所提控制器的有效性和魯棒性。
研究背景
四旋翼無人機在各個領域都有廣泛的應用。為了保證四旋翼無人機在這些領域成功地完成任務，設計一個優秀的控制器是必須的。基于模型的控制策略對于非線性系統具有良好的控制性能，但這種策略需要已知系統動力學模型的所有物理參數。對于四旋翼無人機而言，其數學模型的物理參數多而且有些參數的測量需要專業的儀器，比如轉動慣量。因此，獲取四旋翼無人機模型的所有物理參數是比較困難的。本文提出一種群參數自適應律旨在解決這個問題。此外，四旋翼無人機在戶外執行任務時，往往遭遇外部擾動，比如風擾動。本文利用滑模控制中的符號函數項補償外部擾動。
論文創新點
本文的創新在于提出一種群參數自適應律估計四旋翼無人機的所有物理參數。所設計的控制器能夠應用于任何種類的四旋翼無人機。此外，借助靈思創奇公司提供的實驗臺架，我們通過對比實驗驗證了所設計的控制器在追蹤性能上優于自抗擾控制器和線性二次調節器。因此，我們的研究具有重要的工程價值。
靈思創奇設備價值
本文的實驗驗證基于靈思創奇公司提供的四旋翼無人機實驗臺架。首先，在MATLAB/Simulink中完成控制器的搭建與仿真驗證。然后，借助靈思創奇公司提供的上位機軟件，利用MATLAB中的代碼生成技術將Simulink中的控制器模塊轉化為C語言，并利用WIFI將其下載到無人機的控制芯片中。最后，調試控制參數完成實驗驗證。
這套設備的價值在于它幫助研究人員避免了C語言的編寫，把更多的時間投入到高效、可靠的控制器設計中。因此，它極大地縮短了研究人員在無人機上驗證所設計的控制器的時間。