摘要
无人直升机因其悬停、垂直起飞和降落的能力，比其他无人机具有优势。四旋翼无人机由于它简单的结构以及独特的飞行方式，使其成为目前来说应用比较广泛的飞行器。由于在实际控制系统中，受到噪声干扰、传感器精度限制等因素的影响，无法直接测量到系统的所有状态变量。因此针对直升机和四旋翼非线性系统模型，引入张量积模型变换观测器来估计系统状态，提高数据精度,从而提升控制系统性能。本文主要工作如下: 1.无人机动力学模型的建立。对于控制器和观测器深入展开研究之前基于无人机的动力学规律和结构分析建立直升机和四旋翼的数学模型。 2.全维观测器和降维观测器的设计。针对直升机欠驱动、多变量且内部耦合非常严重的非线性系统，为了能够提高数据精度，首先根据系统状态的维度利用Takagi-Sugeno模糊控制的方法设计了直升机全维和降维观测器。但由于TS模糊控制难于计算复杂欠驱动系统而且难于解析隶属度函数，并且需要求解隶属度函数的约束方程。所以，用张量积模型变换和TS模糊控制理论结合起来的控制方法即张量积模糊控制容易得到欠驱动系统模型，进而基于直升机和四旋翼伪线性参变模型实现全维观测器和降维观测器的设计。最后，通过仿真，对直升机的TS和张量积并行分布式补偿观测器的性能进行了比较，发现张量积并行分布式补偿观测器的性能优于TS观测器。 3.扰动观测器和时滞观测器的设计。由于系统中存在扰动，而且扰动不能直接测量的情况下，针对直升机和四旋翼提出了张量积扰动观测器，用来提高系统的鲁棒性。同时，针对系统中存在的时滞现象导致系统稳定性降低，本文引入原始张量积模型变换的扩展张量积时滞模型变换，进而设计张量积时滞模型变换观测器。并且通过高阶奇异值和线性矩阵不等式获得反馈增益和观测增益,仿真验证扰动观测器和时滞观测器的有效性。 4.四旋翼无人机的仿真平台设计。通过RflySim实验平台从建模到运用张量积模糊模型控制方法的控制器和观测器的设计进行四旋翼的软件在环仿真，并且连接飞控以及遥控器进行硬件在环仿真来验证算法有效性，并对其结果进行分析。
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