一種混合式系留無人機高度伺服系統(tǒng)控制方法研究*

殷嚴剛

(桂林飛宇科技股份有限公司，廣西 桂林，541004)

1 引言

多旋翼無人機具有結(jié)構(gòu)簡單、靈活機動等特性，用途非常廣泛[1-3]，因此引起了研究者們的研究興趣[4-6]。傳統(tǒng)的無人機無法長時間駐留空中執(zhí)行任務(wù)，將無人機和地面供電系統(tǒng)通過一條供電纜繩連接起來，可以實現(xiàn)無人機長時間駐留空中作業(yè)，可應(yīng)用于室內(nèi)定位[7]、視覺伺服[8]和公安監(jiān)控等。收放纜伺服系統(tǒng)是整個系留無人機系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在無人機的飛行高度和升降控制中起決定性作用[9]，它通過伺服電機驅(qū)動傳動機構(gòu)帶動繞線盤轉(zhuǎn)動，對線纜進行繞線和排線，調(diào)整收放線的速度和長度。

所有控制系統(tǒng)在實際控制環(huán)境下都會受到來自內(nèi)部或者外部的干擾，如何抑制擾動是控制的一個重要問題。系留無人機收放纜伺服系統(tǒng)除了受到摩擦力作用外，在空中懸停時，還易受到氣流的干擾，從而引起位置變化和高度變化。同時，無人機自身姿態(tài)調(diào)整時，會使緊繃狀態(tài)的系留纜繩的張力發(fā)生變化，并通過繞線盤和傳動機構(gòu)在電機轉(zhuǎn)軸上形成變化的干擾力矩，此時的被控對象具有非線性特性和時變特性。文獻[9]建立了系繩模型，基于該模型的基礎(chǔ)上開發(fā)了飛行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和自動著陸狀態(tài)機，文獻[10]建立了系統(tǒng)的全局動力學模型，并提出了一種在傾斜（非平坦）地面上著陸的控制方案。文獻[11]將收放纜伺服系統(tǒng)視為恒張力控制系統(tǒng)并采用經(jīng)典PID控制方法，但未考慮到經(jīng)典PID控制應(yīng)對非線性系統(tǒng)的局限性。……