【摘 要】
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经过二十年的蓬勃发展,由于四旋翼无人机低成本、高灵活等诸多特点,在摄影、农业、电力等行业都已得到广泛应用。很多控制算法,例如PID控制、反步控制、鲁棒控制、滑模控制等都有各自的缺点和优点。本课题研究四旋翼无人机的姿态控制方法,结合近年来其他学者对四旋翼无人机的研究成果,对比以上控制理论的优缺点,为了在PID算法的基础上提高系统的抗扰性,提出采用自抗扰控制（ADRC）算法,然后结合模糊控制和卡尔曼滤
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经过二十年的蓬勃发展,由于四旋翼无人机低成本、高灵活等诸多特点,在摄影、农业、电力等行业都已得到广泛应用。很多控制算法,例如PID控制、反步控制、鲁棒控制、滑模控制等都有各自的缺点和优点。本课题研究四旋翼无人机的姿态控制方法,结合近年来其他学者对四旋翼无人机的研究成果,对比以上控制理论的优缺点,为了在PID算法的基础上提高系统的抗扰性,提出采用自抗扰控制（ADRC）算法,然后结合模糊控制和卡尔曼滤波,设计一种新的控制策略。首先,级联模糊控制器和非线性状态误差反馈（NLSFE）环节,利用简单的模糊控制整定NLSEF中的待调参数,减少整个控制系统中待调参数的数量,增加较小的计算量来提升系统的自适应能力。然后,基于ADRC中扩张状态观测器的设计原理,对比卡尔曼滤波器和扩展状态观测器（ESO）。根据ESO中误差补偿规则更新卡尔曼滤波的状态估计。该组合观测器结合了卡尔曼滤波器能观测系统状态和ESO补偿系统总扰动的优点,但是在当误差信号比较大时,容易导致观测器颤振,所以本文选择tanh双曲正切函数对观测器进行改进,限定误差补偿的幅值。由仿真实验表明,结合模糊控制和卡尔曼滤波的控制器能够提高系统控制速度。采用改进后自抗扰控制器（ADRC＿FI）,在保证原观测器的状态观测和不确定性补偿同时,削弱了系统的颤振现象。将该控制系统运用到四旋翼无人机平台上验证了其可行性。
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