基于RBF-ARX模型四旋翼飛行器的LQR控制方法*

劉麗麗 左繼紅 吳 軍

(1.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410083)(2.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 株洲 412001)(3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410083)

基于RBF-ARX模型四旋翼飛行器的LQR控制方法*

劉麗麗1,2左繼紅1,2吳 軍1,3

(1.中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410083)(2.湖南鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 株洲 412001)(3.長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 長(zhǎng)沙 410083)

針對(duì)四旋翼欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)飛行過(guò)程中具有的非線性和強(qiáng)耦合性,提出了基于RBF-ARX模型四旋翼飛行器的LQR控制器設(shè)計(jì)方法。該法首先根據(jù)四旋翼飛行器的動(dòng)力學(xué)特性構(gòu)建四旋翼飛行器RBF-ARX的模型結(jié)構(gòu),并采用離線非線性參數(shù)優(yōu)化方法辨識(shí)模型參數(shù),獲取滿足工程精度需要的四旋翼非線性動(dòng)態(tài)模型。然后,基于該模型設(shè)計(jì)了具有狀態(tài)反饋的四旋翼飛行器的LQR控制器,并通過(guò)求解工作點(diǎn)的Riccati方程,獲得狀態(tài)反饋矩陣。最后通過(guò)仿真和實(shí)時(shí)控制結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性和可行性。

四旋翼飛行器; 非線性; 姿態(tài)控制; 狀態(tài)反饋; 實(shí)時(shí)控制

1 引言

四旋翼飛行器的起飛和巡航是由四個(gè)螺旋槳配合完成的,通過(guò)改變各旋翼轉(zhuǎn)速,就能控制飛行姿態(tài),具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱方便以及靈活機(jī)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),通常被設(shè)計(jì)成無(wú)人駕駛的微型飛行器。廣泛用于野外航拍或飛行偵查等軍事領(lǐng)域,也用于建筑物內(nèi)的導(dǎo)航與勘測(cè)等商業(yè)和民用領(lǐng)域。

實(shí)際應(yīng)用中,四旋翼飛行器是一個(gè)多輸入多輸出的復(fù)雜非線性系統(tǒng)。目前絕大多數(shù)的研究,主要集中在非線性控制器的設(shè)計(jì)方面。……