非平面全驱动多旋翼无人机的鲁棒预测控制.docx

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2024-11-30 发布于北京
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第36

第36卷第2期2024年2月

Vol.36No.2Feb.2024

JournalofSystemSimulation

非平面全驱动多旋翼无人机的鲁棒预测控制

马赟，王源*，李蒙，王鹏，汤艳玲

(扬州大学机械工程学院，江苏扬州225127)

摘要：针对非平面全驱动多旋翼无人机飞行时易受外部风场与未建模动态影响等问题，设计了鲁棒性较好的预测控制系统。采用牛顿-欧拉法构建了无人机六自由度非线性运动模型；设计了线性扩张状态观测器，将同时受匹配与非匹配干扰影响的无人机系统转化为仅受匹配干扰影响的等效系统，用以估计系统的状态变量；针对等效系统设计预测控制器以降低系统输出振荡和输入激增，设计干扰补偿器以提升闭环系统抗干扰的鲁棒性。仿真实验表明：与常规的非线性动态逆控制方法相比，该算法下的闭环系统具有更强的抗干扰能力与更高的轨迹跟踪精度。

关键词：非平面全驱动多旋翼无人机；匹配干扰；非匹配干扰；预测控制；轨迹跟踪

中图分类号：TP391.9文献标志码：A文章编号：1004-731X(2024)02-0415-08

DOI:10.16182/j.issn1004731x.joss.23-0143

引用格式:马赟,王源,李蒙,等.非平面全驱动多旋翼无人机的鲁棒预测控制[J].系统仿真学报,2024,36(2):415-422.Referenceformat:MaYun,WangYuan,LiMeng,etal.RobustPredictiveControlofNonplanarFully-actuatedUAVs[J].JournalofSystemSimulation,2024,36(2):415-422.

RobustPredictiveControlofNonplanarFully-actuatedUAVs

MaYun,WangYuan*,LiMeng,WangPeng,TangYanling(SchoolofMechanicalEngineering,YangzhouUniversity,Yangzhou225127,China)

Abstract:Targetingtheproblemthatnonplanarfully-actuatedunmannedaerialvehicles(UAVs)aresusceptibletoexternalwindsandunmodeleddynamics,thepredictivecontrolsystemwithgoodrobustnessisdesigned.AnonlinearmotionmodelwithsixdegreesoffreedomisestablishedthroughtheNewton-Eulerapproach.Alinearextendedstateobserverisdesignedtoestimatethestatevariablesbytransformingthesystemaffectedbymatchedandunmatcheddisturbancesintoanequivalentsystemonlyaffectedbythematcheddisturbances.Apredictivecontrollerisdesignedfortheequivalentsystemtoreducetheoutputoscillationandinputsurgingandadisturbancecompensatorisalsodesignedtoimprovethesystemrobustness.Simulationresultsshowthat,comparedtotheconventionalnonlineardynamicinversecontrolmethod,theproposedalgorithm-basedclosed-loopsystemhasthestrongeranti-interferencecapabilityandhighertrajectorytrackingaccu