一类多旋翼无人机的姿态控制(2)
4.3 论点1 . 11
4.4 备注1 . 12
5 内部模型设计 13
5.1 内模原理 13
5.2 备注2 . 15
5.3 论点2 . 15
6 仿真 16
6.1 论点3 . 16
6.2 议题1 . 16
6.3 结论 18
6.4 仿真例子 18
结 论 . 22
致 谢 . 23
参 考 文 献 24
附录 . 26 1 引言
引言介绍的是课题背景，包括四旋翼无人飞行器的概况，以及各种控制方法，其中重点
是介绍了输出调节理论，它是这篇文章的核心理论依据。
1.1 课题背景
1.1.1 四旋翼无人飞行器的介绍
无人机是现代科技的大热门，在科技、军事、商业上均有广泛的应用，良好的前景和卓
越的性能使得关于无人机飞行控制方面的研究获得了控制界极大的关注。比如文章中研究的
四旋翼无人飞行器(UAV)就具有体积小、续航能力强、速度快、可以垂直起降等特点，可以
执行诸如军事侦察、情报搜集、紧急救援、航拍等任务[1]
。
1.1.2 四旋翼无人飞行器的动力结构
四旋翼无人机主要由固定在轴杆四个端点的四个电机和位于飞行器中心的控制模块和电
源模块组成。四个电机的作用是用来带动四个旋翼旋转，由于空气动力学的作用，四个旋翼
不同的转速就能够产生不同的升力，从而飞行器就拥有不同的速度和姿势[1]
。
1.1.3 四旋翼无人飞行器的非线性特征
科技的进步使得人们往往并不满足于当前所取得的技术。对飞行器姿态的精准控制可以
使飞行器在预定的轨迹和预定的方向飞行。飞行器在执行任务的时候，是会受到种种干扰比
如空气动力力矩、太阳能光辐射压力力矩、重力梯度力矩的影响，就需要姿态调整。如果飞
行任务中有对复杂轨迹的精确跟踪、超低空或超高空飞行、大姿态角等等情况，那么飞行对
象的非线性特征往往会非常明显，其非线性因素和耦合因素就不能被忽略。另外，飞行器姿
态的动力学方程式是强耦合、非线性的，参数存在各种不确定性。总之，姿态控制急需要考
虑各种不确定性和外部干扰问题，又要考虑飞行器的非线性动态特征。
1.2 控制方法概述
1.2.1 H∞控制方法
在控制界，各种航天器的姿态跟踪问题一直是一个经典的标杆问题，前人在很多文章中
也已经对此进行了广泛的研究，如[2],[3],[4],[5],[6]。其中大多数所使用的干扰抑制控制
方法是H∞控制方法，它指的是抑制从干扰到输出的传递函数的增益。当系统参数存在一定范
围内的摄动，此时的传递函数并非是固定值，而是在一定范围内波动，系统可以用一组传递
函数表示，通过抑制干扰输出的传递函数，就可以达到抑制干扰的目的。但是H∞控制具有很
强的保守性，因为它关注的是“最差情况”下的增益最小化，而实际情况未必就是“最差情况”，理论上“最差情况”的概率为 0(但是不等于不会发生)。特别是对于具有无限能量的干
扰，这时候H∞控制方法只能实现抑制扰动而不是根本上的抗干扰(这个可以例如[12],[17],
[20])。
1.2.2 逆自适应控制简介
自适应逆控制是一种很新颖的控制系统和调节器设计方法，它的主要特点是用被控制对
象的传递函数的逆作为串联控制器使用，并且对系统的动态特性进行开环控制。这样做的好