基于SDRE方法的小型无人直升机轨迹跟踪控制

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（ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
第４７卷增刊２０１７年１１月
㊀
东南大学学报（自然科学版）
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＯＵＴＨＥＡＳＴＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
㊀
ห้องสมุดไป่ตู้
Ｖｏｌ．４７ＳｕｐＮｏｖ．２０１７
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｓｏｌｖｉｎｇｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆａｔｔｉｔｕｄｅｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｏｆｕｎｍａｎｎｅｄｓｍａｌｌｓｃａｌｅｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ，ａｓｔａｔｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔＲｉｃｃａｔｉｅｑｕａｔｉｏｎ（ＳＤＲＥ）ｂａｓｅｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇ，ａ１４ｏｒｄｅｒｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｕｎｍａｎｎｅｄｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ，ｉｎｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＦｉｒｓｔｌｙｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｍａｉｎｒｏｔｏｒｆｌａｐｐｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＮｅｗｔｏｎＥｕｌｅｒｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｒｉｇｉｄｂｏｄｙｔｈｅｏｒｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｄｅｌｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏａｎｅｓｔｅｄｓｅｑｕｅｎｃｅｏｆｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ，Ｅｕｌｅｒａｎｇｌｅ，ａｎｇｕｌａｒｒａｔｅ，ａｎｄｒｏｔｏｒｄｙｎａｍｉｃｌｏｏｐｓ，ａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎｗｅｒｅｍａｄｅｆｏｒｅａｃｈｌｏｏｐ，ｒｅｎｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｙｓｔｅｍｔｏｓａｔｉｓｆｙｓｐｅｃｉｆｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｆｏｒａｎｏｎａｆｆｉｎｅｓｙｓｔｅｍ，ｕ，ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｐｕｔｕｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｂｅｔｈｅｎｅｗｃｏｎｔｒｏｌｉｎｐｕｔｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄｕｗａｓｒｅｇａｒｄｅｄａｓｔｈｅｓｔａｔｅｖａｒｉａｂｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅＴｒｅｘ２５０ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｔｔｅｒｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓａｎｄｒｅａｌｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｎａｔｔｉｔｕｄｅａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｍａｎｎｅｄｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ；ｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｔａｔｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔＲｉｃｃａｔｉｅｑｕａｔｉｏｎ（ＳＤＲＥ）；ｆｌａｐｐｉｎｇｄｙｎａｍｉｃ㊀㊀小型无人直升机是一种具有高机动能力的空中飞行器，拥有垂直起降、空中悬停以及安全性高等优点
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－０５０５．２０１７．Ｓ１．０３８
基于ＳＤＲＥ方法的小型无人直升机轨迹跟踪控制
瞿友杰㊀㊀吴庆宪
（南京航空航天大学自动化学院，南京２１００１６）
摘要：针对小型无人直升机姿态稳定及位置跟踪控制问题，提出了基于ＳＤＲＥ（ｓｔａｔｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔＲｉｃｃａｔｉｅｑｕａｔｉｏｎ）的跟踪控制方法．首先，根据牛顿欧拉方程及刚体理论建立了包含主旋翼挥舞动态的１４阶无人直升机动力学模型．其次，将直升机系统依次划分为位置环，速度环，姿态环，姿态角速率环和挥舞运动环，再对各环动力学方程进行等效变换使其满足特定条件．在此基础上，针对非仿射系统，考虑引入控制输入ｕ的微分ｕ，将ｕ作为系统状态变量ｕ作为新的控制输入．最后，将所提出的方法应用于Ｔｒｅｘ２５０直升机．结果表明，所提方法能够取得良好的位置和姿态跟踪效果，且具有很好的实时性和鲁棒性．关键词：无人直升机；跟踪控制；ＳＤＲＥ；挥舞动态中图分类号：ＴＰ２７３．１㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀文章编号：１００１－０５０５（２０１７）Ｓ１０２０５０６
ＴｒａｊｅｃｔｏｒｙｔｒａｃｋｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｆｏｒｓｍａｌｌｕｎｍａｎｎｅｄｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＳＤＲＥ
ＱｕＹｏｕｊｉｅ㊀㊀ＷｕＱｉｎｇｘｉａｎ