地球信息科学学报 ›› 2019, Vol. 21 ›› Issue (4): 532-541.doi: 10.12082/dqxxkx.2019.180503
收稿日期:
2018-10-09
修回日期:
2019-03-12
出版日期:
2019-04-24
发布日期:
2019-04-24
通讯作者:
赵海盟
E-mail:longshike2010@163.com;zhaohaimeng@guat.edu.cn
作者简介:
作者简介:龙诗科(1991-),男,湖南衡阳人,硕士,助教,主要从事无人机智能控制、遥感图像处理等研究。 E-mail:
基金资助:
Shike LONG1(), Shanlin SUN1, Haimeng ZHAO1,2,*(
)
Received:
2018-10-09
Revised:
2019-03-12
Online:
2019-04-24
Published:
2019-04-24
Contact:
Haimeng ZHAO
E-mail:longshike2010@163.com;zhaohaimeng@guat.edu.cn
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摘要:
随着无人机(UAV)在民用各个行业应用领域的推广,对精准遥感的需求越来越强烈。旋翼飞行器作为无人机的一种,近年来发展迅速,已成为小范围精准遥感测绘的首选,然而其本身飞行的稳定性与遥感成像效果有着直接联系,因此姿态控制器也成为无人机稳定性能研究的基础问题。针对四旋翼飞行器运动的欠驱动、强耦合和非线性特性,本文提出一种基于滑模和扩张状态观测器(ESO)的姿态控制器,设计了可一系列实验方法来获取模型参数(转动惯量、升力系数、扭矩系数和电机时间常数),并建立四旋翼各个模块的数学模型。在此模型基础上,采用滑模控制器实现四旋翼飞行器姿态解耦鲁棒控制,通过sat函数替换符号函数改进滑模控制器结构,减缓颤振现象。同时,结合ESO实现对四旋翼姿态回路的系统干扰总和进行实时估计,其中干扰总和包括建模状态间耦合项、未建模动态以及外部干扰,从而对滑模控制器的输出进行实时干扰补偿,实现高品质的四旋翼姿态控制。本文设计2组实验:实际操纵指令跟踪实验;外界实际挂载重物干扰实验。通过实验对这2种四旋翼无人机姿态控制器(基于滑模和ESO的控制器、单独滑模控制器)进行仿真和实际试飞对比。实验结果表明,同等情况下,基于滑模和ESO的控制器能够实现姿态稳定且跟踪误差减少约20%,同时该控制方法增强了四旋翼的抗干扰能力,悬停时姿态角度波动幅度减少约50%,具有实际应用的价值。
龙诗科, 孙山林, 赵海盟. 基于滑模和ESO的四旋翼飞行器遥感机动观测姿态控制[J]. 地球信息科学学报, 2019, 21(4): 532-541.DOI:10.12082/dqxxkx.2019.180503
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