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本文以欠驱动欧拉体浮空器为研究对象,综合考虑系统的欠驱动、外部扰动与系统参数不确定性、控制输入饱和等控制特性,设计基于滑模变结构控制的欠驱动欧拉体浮空器轨迹跟踪与路径跟随控制系统。本文主要的工作内容如下:1.建立了欠驱动浮空器非线性运动模型:分别建立了空间六自由度和平面三自由度模型,研究欠驱动浮空器在三维空间和水平面内的静力学与动力学特性;根据所建立数学模型,在Matlab/Simulink程序中搭建仿真平台。2.提出了针对欠驱动浮空器基准运动控制的滑模自抗扰算法:将自抗扰算法与滑模变结构算法相结合,借助于自抗扰算法中跟踪微分器和扩张状态观测器的优点,采用滑模变结构控制代替自抗扰控制中反馈误差控制律部分;设计控制律,提出滑模自抗扰控制方法,提高了控制器的鲁棒性,降低了滑模变结构控制导致的抖颤问题。设计欠驱动浮空器前向运动控制的飞行仿真试验,验证滑模自抗扰控制的有效性和鲁棒性。3.实现了欠驱动欧拉体浮空器平面轨迹跟踪控制:将欠驱动浮空器的轨迹跟踪控制分为内外环控制回路;外环回路用于安排目标信号的过渡过程,提取微分信号,从而得到虚拟轨迹;以虚拟轨迹为目标值,设计内环控制回路,分别根据前飞速度误差和横向速度误差设计滑模面,得到浮空器所需的推力和力矩;将系统所受的外界风流扰动与系统内部模型参数不确定性视为总扰动,为了提高系统抑制扰动的能力及减少执行机构的抖动,采用自适应滑模变结构控制实现对扰动上界的估计并补偿扰动;根据两个矢量螺旋桨的输出幅值设计饱和函数抑制执行机构饱和;并分别在有风流扰动与无风流扰动情况下仿真验证控制器的鲁棒性与有效性。4.完成了欠驱动浮空器空间路径跟随控制:以欠驱动空间六自由度欧拉体浮空器为对象,研究其前向、横侧向、偏航和滚转通道的控制;基于Serret-Frenet坐标系设计制导算法,将预定路径设计为姿态和位置的函数;利用前向速度以及横侧向速度耦合设计滑模自抗扰速度控制律,并单独设计偏航角控制以及滚转角控制;仿真结果验证了算法的稳定性。