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論文案例丨嚴重參數不確定性和完全未知擾動情況下四旋翼無人機系統通用自適應滑?？刂?/p>
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International Journal of Control, Automation and Systems。影響因子：2.733
論文內容簡介
針對四旋翼無人機受到的嚴重參數不確定性和完全未知外部擾動的問題，本文提出一種魯棒自適應滑?？刂萍夹g。首先，基于牛頓-歐拉方程建立四旋翼無人機的動力學模型。然后，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。進一步，利用自適應算法估計外部擾動的上界?；?span style="font-family: "times new roman";">Lyapunov定理嚴格證明了所提控制器的漸進收斂性。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
設計一個優秀的控制器是四旋翼無人機在各個領域成功應用的保證。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不可避免地會遭遇外部擾動，比如風擾動。這些擾動往往是完全未知的。因此本文利用自適應算法估計外部擾動的上界，并在控制器中根據估計的上界補償外部擾動。
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，利用所設計的自適應算法估計外部擾動的上界，使得所設計的控制器對完全未知外部擾動具有魯棒性。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應用價值。
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。