近年来,四旋翼飞行器控制设计研究迅速增多。四旋翼飞行器的线性控制器设计已在多项工作中实现,如线性二次调节器 (LQR) 和比例积分微分 (PID) (Khatoon 等人,2014) (Reyes-Valeria 等人,2013)。非线性控制设计也已通过不同的技术实现,如反步法 (Das 等人,2009)、滑模 (Runcharoon 和 Srichatrapimuk,2013) 和反馈线性化 (Saif,2009)。(Castillo 等人,2005) 将非线性控制算法与 LQR 控制律的性能进行了比较。结果显示,线性控制器应用于非线性系统时,响应不稳定,而非线性控制器则显示稳定响应。(Gomes 等人,2016) 使用 AR.Drone 四旋翼飞行器和 Vicon 运动捕捉系统跟踪移动目标,并使用比例微分 (PD) 控制器进行线性定位。(Mashood 等人,2016) 展示了两架 AR.Drone 使用 VICON 系统和 MATLAB/SIMULINK 进行反馈和控制实现,沿平方路径飞行的实验结果。这可以通过 AR Drone Simulink 开发套件 (ARDSDK) 实现。(Campbell 等人,2012) 展示了四旋翼飞行器自动驾驶仪的设计和实现,使无人机能够起飞、从一个位置移动到另一个位置并降落在所需位置 -
近年来,四旋翼飞行器控制设计研究迅速增多。四旋翼飞行器的线性控制器设计已在多项工作中实现,如线性二次调节器 (LQR) 和比例积分微分 (PID) (Khatoon 等,2014) (Reyes-Valeria 等,2013)。非线性控制设计也已通过不同的技术实现,如反步法 (Das 等,2009)、滑模 (Runcharoon 和 Srichatrapimuk,2013) 和反馈线性化 (Saif,2009)。 (Castillo 等,2005) 将非线性控制算法与 LQR 控制律的性能进行了比较。结果表明,线性控制器应用于非线性系统时响应不稳定,而非线性控制器则表现出稳定的响应。 (Gomes 等人,2016) 使用 AR.Drone 四旋翼飞行器和 Vicon 运动捕捉系统跟踪移动目标,并使用比例微分 (PD) 控制器进行线性定位。 (Mashood 等人,2016) 展示了两架 AR.Drone 沿平方路径飞行的实验结果,使用 VICON 系统和 MATLAB/SIMULINK 进行反馈和控制实现。这可以通过 AR Drone Simulink 开发套件 (ARDSDK) 实现。 (Campbell 等人,2012) 展示了四旋翼飞行器自动驾驶仪的设计和实现,使无人机能够起飞、从一个位置转移到另一个位置并降落在所需位置。
在本文中,我们使用非线性滑模控制方法处理四旋翼飞行器的稳定和跟踪问题。首先,借助牛顿-欧拉形式,提出了四旋翼飞行器的动态非线性模型的开发,该模型考虑了不同的物理现象和气动力和力矩。然后基于 Lyapunov 理论设计滑模控制器来稳定和跟踪四旋翼飞行器的姿态和位置。进行了几次模拟结果,以显示所提出的建模和非线性控制方法的有效性。即将开展的工作将使用基于元启发式的方法调整和优化所有 SMC 参数。此外,还将研究设计的 SMC 方法的硬件在环 (HIL) 联合仿真。
在本文中,我们使用非线性滑模控制方法处理四旋翼飞行器的稳定和跟踪问题。首先,借助牛顿-欧拉形式,提出了四旋翼飞行器的动态非线性模型,其中考虑了不同的物理现象和气动力及力矩。然后基于 Lyapunov 理论设计滑模控制器来稳定和跟踪四旋翼飞行器的姿态和位置。进行了几次模拟结果,以显示所提出的建模和非线性控制方法的有效性。即将进行的工作将使用基于元启发式的方法调整和优化所有 SMC 参数。此外,还将研究设计的 SMC 方法的硬件在环 (HIL) 联合仿真。
我们要感谢 Michael A. Demetriou 教授和 David J. Olinger 教授给予我们参与该项目的机会。他们在整个过程中的持续指导和支持为我们提供了必要的方向和动力,让我们能够坚持到最后。我们还要感谢 Alex Camilo 设计和构建我们的机载电子套件。我们要感谢 Adriana Hera、Raffaele Potami 和 Kimon Simeonidis 协助和指导我们开发 matlab 工具以及设置和开展校准实验。此外,我们还要感谢 John Blandino 教授、Roger Steele 和化学系对我们设备需求的帮助。此外,我们还要感谢 Neil Whitehouse 在制造项目所需组件方面提供的持续支持和指导。
我们要感谢 Michael A. Demetriou 教授和 David J. Olinger 教授给予我们参与该项目的机会。他们在整个过程中的持续指导和支持为我们提供了必要的方向和动力,让我们能够坚持到最后。我们还要感谢 Alex Camilo 设计和构建我们的机载电子套件。我们要感谢 Adriana Hera、Raffaele Potami 和 Kimon Simeonidis 协助和指导我们开发 matlab 工具以及设置和开展校准实验。此外,我们还要感谢 John Blandino 教授、Roger Steele 和化学系对我们设备需求的帮助。此外,我们还要感谢 Neil Whitehouse 在制造项目所需组件方面提供的持续支持和指导。