四旋翼飞行器的建模与姿态控制  

Modeling and attitude control for a quad-rotor aircraft

作　　者：曾小勇[1,2,3] 彭辉[1,3] 吴军[1,3] 

机构地区：[1]中南大学信息科学与工程学院,湖南长沙410083 [2]长沙理工大学电气与信息工程学院,湖南长沙410076 [3]中南大学先进控制与智能自动化湖南省工程实验室,湖南长沙410083

出　　处：《中南大学学报（自然科学版）》2013年第9期3693-3700,共8页Journal of Central South University:Science and Technology

基　　金：国家国际科技合作计划项目(2011DFA10440);国家自然科学基金资助项目(71271215);湖南省科技厅科技计划项目(2006GK3158);湖南省教育厅项目(1200021);"电力系统安全运行与控制"湖南省重点实验室开放基金资助项目(2011KFJJ07)

摘　　要：对于具有多变量非线性耦合特性的四旋翼飞行器对象,以2种方法实现飞行姿态的实时控制。第1种方法是根据其运动学物理模型,利用线性二次型最优调节器(LQR)方法在线计算状态反馈控制率;第2种方法是基于数据驱动的方法,采用基于状态相依ARX模型描述对象的全局非线性动态过程,利用RBF神经网络逼近状态相依ARX(RBF-ARX)模型函数型系数,以状态信号量引导模型实时反映对象的局部特性,在递推得到多步向前预测状态空间RBF-ARX模型的基础上设计模型预测控制器。四旋翼飞行器实验装置的建模和实时控制效果验证了本文方法的可行性和有效性。Two methods were proposed for modeling and real attitude control of a quad-rotor which is multi-variable,nonlinear and coupled with each other.The first method used physical model according to the quad-rotor's dynamical equation,and the linear quadratic regulator(LQR) was utilized for getting the state feedback controller online.The second method was based on real data,and a Gaussian radial basis function(RBF) neural networks-based state-dependent ARX(RBF-ARX) model was utilized to describe the global nonlinear dynamic process while the local characteristics of the quad-rotor were represented by the state signals,and the multi-step ahead RBF-ARX state space model-based predictive control was designed.The feasibility and effectiveness are demonstrated with a real time attitude control to the experimental quad-rotor.

关 键 词：四旋翼飞行器 线性二次型调节器 RBF-ARX模型 预测控制 

分 类 号：V249.1[航空宇航科学与技术—飞行器设计]