【摘 要】
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本文主要考虑了带二自由度机械臂的四旋翼无人机的建模与轨迹跟踪控制问题.首先根据动量和动量矩定理,以及拉格朗日力学,对旋翼机械臂建立动力学模型.四旋翼和机械臂通过耦合力和力矩联系.然后在一些合理的假设条件下,分别对受干扰和状态约束的四旋翼和机械臂系统,设计轨迹跟踪控制器.最后对带机械臂的四旋翼无人机,基于干扰观测器设计了一个轨迹跟踪控制器.（1）带机械臂的四旋翼无人机的建模首先利用质点系的动量和动量
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本文主要考虑了带二自由度机械臂的四旋翼无人机的建模与轨迹跟踪控制问题.首先根据动量和动量矩定理,以及拉格朗日力学,对旋翼机械臂建立动力学模型.四旋翼和机械臂通过耦合力和力矩联系.然后在一些合理的假设条件下,分别对受干扰和状态约束的四旋翼和机械臂系统,设计轨迹跟踪控制器.最后对带机械臂的四旋翼无人机,基于干扰观测器设计了一个轨迹跟踪控制器.（1）带机械臂的四旋翼无人机的建模首先利用质点系的动量和动量矩定理建立四旋翼的动力学模型,将机械臂对四旋翼的影响看作系统的扰动力和力矩.其次利用拉格朗日力学,基于动静法,将四旋翼对机械臂的影响转化为对关节力矩的干扰,建立机械臂的动力学模型.最后通过耦合力和力矩的联系建立了旋翼机械臂的模型.（2）受干扰和状态约束的四旋翼的自适应跟踪控制首先为了克服欠驱,通过引入中间变量将系统分为位置环和姿态环.然后利用障碍Lyapunov函数,巧妙地设计了一个向量形式的自适应状态反馈跟踪控制器,使得系统的跟踪误差通过调节参数可以充分小,同时保持状态受限.最后仿真结果验证了控制方案的有效性.（3）基于干扰观测器的全状态受限的机械臂的跟踪控制首先在合理的假设下,设计了一个干扰观测器来估计时变干扰.然后利用系统的性质,构造一个障碍Lyapunov函数,设计一个基于干扰观测器的向量形式的状态反馈跟踪控制器,使得跟踪误差通过调节参数可以充分小,同时保持状态受限.最后通过一个二自由度的机械臂系统验证了控制策略的有效性.（4）带机械臂的四旋翼无人机的跟踪控制采用分离式控制策略,即将机械臂和四旋翼分开控制,把对彼此的影响当作干扰来处理.在合理的假设下,首先对于机械臂对四旋翼的干扰力和力矩,设计一个干扰观测器来估计,然后分别设计一个基于误差滤波的控制器和一个状态反馈跟踪控制器使得四旋翼飞行器和机械臂实现轨迹跟踪.
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