基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制
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TP242.6

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国家自然科学基金(51875293);国家重点研发计划(2018YFC1405703)


Anti-disturbance sliding mode control of fixed-wing UAV based on singular perturbation decomposition
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    摘要:

    为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建模,将固定翼无人机的动力学模型转换为奇异摄动模型,再对奇异摄动模型进行快慢分解完成解耦,得到两个降阶非耦合子系统,即以角速度为快变量的快子系统和以速度、姿态为慢变量的慢子系统,分别对角速度回路和速度、姿态回路设计基于干扰观测器的滑模控制器.最后,采用Simulink仿真验证了基于快、慢分解的固定翼无人机滑模控制方法的可行性和有效性.

    Abstract:

    To reduce the influence of system dynamic coupling and external disturbance on the performance of flight control system of fixed-wing UAV thus improve its flight control accuracy, this paper proposes a singular perturbation model for fixed-wing UAV and then designs a sliding mode control approach based on disturbance observer.The velocities and attitudes of the fixed-wing UAV are modeled based on the dynamics of action.Then the dynamic model is transformed into a singular perturbation one and then decomposed to complete decoupling.Two reduced-order uncoupled subsystems are obtained, which is a fast subsystem with angular velocity as fast variable and a slow subsystem with linear velocity and attitude as slow variables.Then anti-disturbance sliding mode controllers are designed for angular velocity loop, and angle & attitude loop.Finally, the feasibility and effectiveness of the sliding mode control approach based on fast and slow decomposition are verified by Simulink simulation.

    参考文献
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    引证文献
引用本文

梅平,张豪,朱涵智,苏东彦,赵迅.基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制[J].南京信息工程大学学报(自然科学版),2023,15(6):731-740
MEI Ping, ZHANG Hao, ZHU Hanzhi, SU Dongyan, ZHAO Xun. Anti-disturbance sliding mode control of fixed-wing UAV based on singular perturbation decomposition[J]. Journal of Nanjing University of Information Science & Technology, 2023,15(6):731-740

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  • 收稿日期:2021-10-19
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  • 在线发布日期: 2023-12-15
  • 出版日期: 2023-11-28

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