四旋翼飛行器姿態的顯式模型預測控制

王 侖, 蘇 敏, 楊 帆, 佃松宜

(四川大學電氣信息學院，成都 610065)

四旋翼飛行器姿態的顯式模型預測控制

王 侖, 蘇 敏, 楊 帆, 佃松宜

(四川大學電氣信息學院，成都 610065)

針對四旋翼飛行系統的多變量、強耦合和帶約束等復雜特性，提出了基于顯式模型預測的控制方法。首先根據四旋翼飛行系統的動力學特點，建立了九狀態空間模型，并解耦成2個子系統。然后，采用多參數二次規劃法，離線計算了四旋翼飛行系統的顯式最優控制律，在線查找當前狀態對應的控制量。數值仿真和實驗結果表明，該方法在滿足約束條件同時，調節時間較短，超調量較小且具有一定的抗擾動能力，成功實現了四旋翼飛行器的姿態穩定控制。

四旋翼飛行系統； 顯式模型預測控制； 狀態空間模型； 多參數二次規劃

0 引言

四旋翼飛行器是模擬直升機控制而研制的高階、非線性、強耦合實驗平臺，適合實時飛行仿真和控制算法驗證[1]。近年來，直升機的分析和控制得到了廣泛的關注和重視[2]，文獻[3]采用經典的PID方法實現了四旋翼飛行器姿態角控制，但PID控制響應速度慢、控制精度較低；文獻[4]基于Backstepping實現了四旋翼飛行器系統的控制器設計的目的，但其抗擾能力不強，且對初始條件要求較高；文獻[5]基于輸出調節理論和信號補償方法，設計了系統的狀態反饋魯棒控制器，該方法考慮了直升機系統中存在的不確定性和外部干擾，但控制器階數較高，不易實現；文獻[6]采用線性二次調節器(LQR)，解決了直升機模型的姿態飛行穩定問題，但未考慮系統存在輸入輸出受限的情況。……