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基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究
投稿时间:2019-06-20    点此下载全文
引用本文:卢凯文,杨忠,许昌亮,徐浩,陆可.基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究[J].南京信息工程大学学报,2019,11(4):390~397
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作者单位E-mail
卢凯文 南京航空航天大学 自动化学院, 南京, 211106  
杨忠 南京航空航天大学 自动化学院, 南京, 211106 yangzhong@nuaa.edu.cn 
许昌亮 南京航空航天大学 自动化学院, 南京, 211106  
徐浩 南京航空航天大学 自动化学院, 南京, 211106  
陆可 东南大学 自动化学院, 南京, 210096
安徽工业大学 管理科学与工程学院, 马鞍山, 243000 
 
基金项目:国家自然科学基金(61473144);中国南方电网有限责任公司科技项目(066600KK52170074)
中文摘要:本文研究了一种能够独立控制位置和姿态的可倾转四旋翼飞行器,在建立了系统动力学模型的基础上,针对可倾转四旋翼飞行器系统存在的强输入非线性问题,采用了非线性分离策略,构造中间控制量,将该强非线性系统分离为线性动态环节和非线性静态环节,并仅针对线性动态环节设计了计算量小、易于硬件实现的线性二次型调节器(LQR),然后再通过反解输入非线性环节将中间控制量分配到实际的控制量——旋翼倾转角和电机转速.仿真实验结果表明,基于非线性分离策略设计的LQR飞行控制器能够实现对可倾转四旋翼稳定控制,很好地独立追踪位置和姿态期望.
中文关键词:四旋翼飞行器  可倾转旋翼  非线性分离  线性二次型调节器
 
LQR control of quadrotor with tiltable-rotors based on nonlinear separation strategy
Abstract:We performed research on a quadrotor with tiltable-rotors,which has full controllability over the position and orientation,and established its dynamics system.To handle the system's strong nonlinearity problem,a nonlinear separation strategy was utilized to decompose the nonlinear system into a linear dynamic subsystem and a nonlinear static system by constructing intermediate control.Subsequently,linear quadratic regulator with small calculation and easy hardware implementation was designed only for linear dynamic subsystem while real control including tilting angle and motor speed was mapped from intermediate control by calculating the input nonlinear static subsystem.Simulation results illustrate that LQR flight controller based on nonlinear separation strategy not only performs well under a stable control,but also in independently tracking control of position and orientation.
keywords:quadrotor  tiltable-rotors  nonlinear separation  linear quadratic regulator
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