六旋翼飞行器动力系统容错控制方法研究

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无人机为人们的生产生活带来了很多便利,但是无人机坠毁也对人们的人身安全和财产安全带来了巨大的损失。为了减少无人机的坠毁事故,本文对六旋翼飞行器动力系统的容错控制方法进行了研究。研究的主要内容包括:1)基于牛顿第二定律和欧拉动力学方程,建立了六旋翼飞行器完整的动力学模型,并将非线性的动力学模型用一种线性变参数的方法表示。最后,分析了动力系统的故障模式并建立了相应的故障模型。2)在线性表示的六旋翼飞行器动力学模型的基础上,设计了基于滑模控制方法的飞行控制器。该飞行控制器可以实现对飞行器高度和姿态角的控制,并对飞行器系统的不确定性、旋翼未建模的动态具有鲁棒性。在飞行控制器的设计过程中,用极点配置的方法对滑模面进行设计,根据线性表示的飞行器动力学模型和趋近律设计了滑模控制率,同时还对控制率的稳定性进行了分析。为了验证飞行控制器的有效性,在Simulink环境下进行了仿真验证。3)在设计的飞行控制器的基础上,设计了基于控制分配的容错控制算法。该算法可以在飞行器动力系统故障的情况下,对六旋翼系统的控制分配问题建立优化模型以实现对飞行控制器产生的控制信号合理分配。另外,在文中还提出了一种计算资源节约型的方法来求解优化问题,降低了求解优化问题过程中对计算资源的消耗。通过和另外一种飞行器动力系统容错控制算法的仿真对比,证明了本文提出的容错控制算法的优越性。
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