【摘 要】
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四旋翼无人机是一种可以自由起降、悬停的多旋翼飞行器。由于其灵活性高、成本低的特点,被广泛应用于各种领域。如何在外部干扰或者自身发生故障的情况下,让四旋翼无人机保持平稳飞行的姿态,具有实际意义和应用价值。本文以四旋翼无人机姿态系统为研究对象,针对外部扰动及执行器故障问题,采用滑模控制技术设计飞行控制算法,保证四旋翼无人机的飞行稳定性。本文研究的内容主要包括:（1）基于欧拉角的姿态表示方法,考虑到外部
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四旋翼无人机是一种可以自由起降、悬停的多旋翼飞行器。由于其灵活性高、成本低的特点,被广泛应用于各种领域。如何在外部干扰或者自身发生故障的情况下,让四旋翼无人机保持平稳飞行的姿态,具有实际意义和应用价值。本文以四旋翼无人机姿态系统为研究对象,针对外部扰动及执行器故障问题,采用滑模控制技术设计飞行控制算法,保证四旋翼无人机的飞行稳定性。本文研究的内容主要包括:（1）基于欧拉角的姿态表示方法,考虑到外部扰动、状态耦合、执行器故障的问题,分别建立了连续时间的四旋翼无人机姿态系统模型及Delta算子框架下的四旋翼无人机姿态系统模型。（2）在工作（1）的研究基础上,考虑到四旋翼无人机在飞行过程中存在模型不确定和外部扰动,提出了一种内外环控制算法。内环采用扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈控制器实时估计和补偿系统总扰动,外环采用非奇异终端滑模控制器提高系统响应速度及跟踪精度。最后,通过姿态角跟踪仿真验证该控制算法的有效性及优越性。（3）在工作（1）的研究基础上,针对Delta算子框架下的四旋翼无人机姿态系统模型,利用RBF神经网络对外部扰动及状态耦合项进行在线逼近并补偿,设计了一种RBF神经网络自适应滑模姿态控制算法来保证四旋翼无人机飞行姿态的稳定性。最终,通过仿真验证设计的姿态控制算法的有效性及优越性。（4）在工作（1）和（3）的研究基础上,针对外部扰动和执行器故障同时存在的Delta算子框架下的四旋翼无人机姿态系统模型,利用自适应参数估计未知执行器故障参数和外部扰动参数,提出了一种自适应滑模容错控制算法来保证执行器故障情况下四旋翼无人机的飞行稳定性。最后,经由仿真验证容错控制算法的有效性。
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