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《小型無人直升機的自適應(yīng)智能控制研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、天津市應(yīng)用基礎(chǔ)與前沿技術(shù)研究計劃重點項目（資助號：14JCZDJC31900）天津市科技支撐計劃重點項目（資助號：15ZCZDGX00810）小型無人直升機的自適應(yīng)智能控制研究NonlinearAdaptiveIntelligentControlforaSmallUnmannedHelicopter一級學(xué)科：控制科學(xué)與工程學(xué)科專業(yè)：控制理論與控制工程作者姓名：張浩楠指導(dǎo)教師：鮮斌教授天津大學(xué)電氣與自動化與信息工程學(xué)院二〇一七年十一月十二日摘要無人直升機具有可垂直起降、機動靈活、體積小、負載量較大、可低空飛行的優(yōu)點，引起越來
2、越多研究人員的關(guān)注，并已在許多領(lǐng)域得到了成功應(yīng)用。但其難以建立精確的系統(tǒng)模型，且具有非線性、欠驅(qū)動性、強耦合性、靜不穩(wěn)定性等特點，以及其在飛行過程中不可避免要受到外界干擾的影響，這都為其控制器的分析和設(shè)計增加了難度。本文以小型無人直升機為控制對象，針對其姿態(tài)控制問題，提出了兩種控制算法，并嚴格證明了所提出控制算法的數(shù)學(xué)穩(wěn)定性，通過數(shù)值仿真和飛行實驗來對所設(shè)計的控制算法進行驗證。具體內(nèi)容有：首先，由于直升機空氣動力學(xué)的復(fù)雜性和不確定性，難以獲得較為精確的動力學(xué)模型，本文在詳細分析無人直升機飛行動力學(xué)的基礎(chǔ)上，合理簡化旋翼動力
3、學(xué)和旋翼揮舞動力學(xué)模型部分，得到了面向控制器設(shè)計的動力學(xué)模型，為控制律的設(shè)計做準備。其次，針對小型無人機的姿態(tài)控制問題，為補償系統(tǒng)參數(shù)不確定性和外界擾動的影響，本文設(shè)計了一種連續(xù)的非線性魯棒控制器，實現(xiàn)對無人機姿態(tài)角的漸近跟蹤控制。該方法利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計系統(tǒng)不確定性，采用一種基于誤差符號函數(shù)積分的魯棒控制算法來抑制外界擾動，同時補償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計誤差。利用基于Lyapunov函數(shù)的分析方法，證明了所設(shè)計控制器的閉環(huán)穩(wěn)定性，確保無人直升機姿態(tài)誤差的半全局漸近收斂。最后在無人直升機飛行控制實驗平臺上，進行了無人機姿態(tài)控制實驗。實
4、驗結(jié)果表明，文中提出的控制方法具有良好的控制效果，對系統(tǒng)不確定性和外界擾動具有良好的魯棒性。最后，本文使用基于強化學(xué)習(xí)的方法來設(shè)計自適應(yīng)控制律。該方法使用執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)來在線估計系統(tǒng)不確定項，通過評價網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化跟蹤性能，并利用增加魯棒項的方法來抑制外界擾動，同時補償神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計誤差?；贚yapunov分析方法對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行了理論分析和證明，得到了半全局指數(shù)收斂的結(jié)果。最后在無人直升機飛行控制實驗平臺上，進行了無人機姿態(tài)跟蹤控制實驗。實驗結(jié)果表明，該算法具有良好的姿態(tài)跟蹤控制效果。關(guān)??：無人直升機；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；魯棒控制；
5、強化學(xué)習(xí)；自適應(yīng)IABSTRACTTheunmannedhelicopterhastheadvantagesofVTOL(verticaltake-offandland-ing),hoveringandflyingatalowaltitude,butitalsohasthecharacteristicsofstrongnonlinearity,staticinstability,stronguncertaintyandsoon.Thesecharacteristicsmakethecontrollerdesignofthe
6、unmannedhelicopterdifficult.Thisthesisisconcernedwiththeproblemofadaptivecontrolforasmall-sizeun-mannedhelicopter,andputsforwardtwocontrolschems.ThestabilityoftheproposedcontrolalgorithmisprovedbyusingLyapunovstabilitytheorem.Numericalsimulationandreal-timeflighte
7、xperimentsarepresentedtoillsuratethegoodperformanceoftheproposedcontrolschemes.Firstly,thedefinitionofcoordinatesystemandthedefinitionofthestatevariablesaremadeclearinthisthesis.Themainrotor’sandthetailrotor’sdynamiccharacteris-ticsareanalyzedindetail,andpropersim
8、plificationoftheoriginalnonlineardynamicmodeliscarriedout,whichisthebasisforthedesignandverificationofthesubsequentnonlinearcontrollaw.Secondly,thisthes
