基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行系统非线性控制

针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况,提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法.将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统,分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制;设计一种扩张状态观测器,用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性,并验证了闭环系统的稳定性,跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界.最后,利用Quanser公司的Qball2 飞行器进行三维空间螺旋轨迹...

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Published in自动化学报 Vol. 49; no. 8; pp. 1758 - 1770
Main Authors 范云生, 陈欣宇, 赵永生, 宋保健
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 辽宁省智能船舶技术与系统重点实验室 大连 116026 01.08.2023
大连海事大学船舶电气工程学院 大连 116026
Subjects
积分反步法
扩张状态观测器
四旋翼飞行器
suspension flight
吊挂飞行
integral back-stepping
extended state observer(ESO)
Quadrotor
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ISSN0254-4156
DOI10.16383/j.aas.c210001

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Summary:针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题,考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况,提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法.将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统,分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制;设计一种扩张状态观测器,用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性,并验证了闭环系统的稳定性,跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界.最后,利用Quanser公司的Qball2 飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制,仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性,实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.
ISSN:0254-4156
DOI:10.16383/j.aas.c210001