基于固定时间扰动观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

来源：计算机测量与控制杂志2021年第10期北京时间：

作者：张爱华,苏梓楠,刘小旭

单位：渤海大学

摘要：针对六自由度小型四旋翼无人机在轨迹跟踪控制过程中，单一控制器构成的控制系统存在外部未知干扰，系统的鲁棒性以及轨迹跟踪精度容易产生较大的波动问题，该文章提出了一种基于固定时间扰动观测器的全闭环控制方案，即针对位置与姿态的双闭环控制。首先利用固定时间理论设计了两个扰动观测器，在固定时间内对扰动做出估计并进行补偿；在此观测器对扰动值的精确估计基础之上，设计了两个具有扰动补偿能力的非线性跟踪控制器。李雅普诺夫稳定性理论证明了所述方法的有效性。仿真实验中，为对比所述控制方法的有效性，同时采用传统单一控制器构成的无人机控制系统进行对比分析。在无人机质量为m=1.44kg 、环境重力加速度为g=9.8m/s^2 以及其他模型参数一致的前提下，进行大量的仿真实验验证了所提出的基于固定时间扰动观测器的扰动补偿控制系统，能够保证小型四旋翼无人机六自由度受到复杂外部干扰时准确估计出外部干扰值，并实现无人机进行高精度轨迹跟踪控制，且轨迹跟踪精度与抗扰性能皆优于传统单一控制器构成的无人机控制系统。

关键词：四旋翼无人机;固定时间观测器;轨迹跟踪控制;扰动补偿;反步控制器

基金资助：辽宁省自然科学基金资助项目(2019MS008)；辽宁省教育厅基金资助项目(LJ2019003)； 广东省基础研究与应用基础研究基金资助项目(2019A1515110234)。