經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展,各種飛行器如雨后春筍般出現(xiàn)，從飛機(jī)、導(dǎo)彈到火箭、衛(wèi)星，從宇宙飛船、航天飛機(jī)、空間站到月球探測(cè)器、火星探測(cè)器。這些飛行器能在空中按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)總離不開(kāi)它的姿態(tài)控制系統(tǒng)，飛行器在空間的運(yùn)動(dòng)是十分復(fù)雜的。以下就飛行器姿態(tài)控制方法中的算法研究和多四旋翼一致性控制算法研究等方面展開(kāi)介紹，并為大家推薦合肥工業(yè)大學(xué)教授都海波的《經(jīng)典控制機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（飛行器姿態(tài)控制）》精品課程。本講座點(diǎn)擊文尾的閱讀原文即可加入學(xué)習(xí)。

01 姿態(tài)控制系統(tǒng)建模

       為簡(jiǎn)化過(guò)程，僅研究在剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型下,姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì),由于自身結(jié)構(gòu),外部環(huán)境以及不可預(yù)測(cè)故障給飛行器姿態(tài)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)擾動(dòng),需利用前饋補(bǔ)償,設(shè)計(jì)干擾補(bǔ)償器,減小擾動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。為了確保安全，飛行器對(duì)軌道跟蹤精度以及最終的入軌精度都有非常高的要求，飛行器的高精度姿態(tài)控制是其跟蹤效果和入軌精度的最根本保障。姿態(tài)控制系統(tǒng)是關(guān)系飛行器飛行成敗的關(guān)鍵系統(tǒng)之一,其控制過(guò)程和方法一直是人們重視和關(guān)注的問(wèn)題,它貫穿于飛行器的設(shè)計(jì).使用.儲(chǔ)存的整個(gè)生命周期。因此研究飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)、控制方法具有重要的作用和意義。飛行器相對(duì)慣性空間的姿態(tài),用歐拉角p、l、y表示，飛行器坐標(biāo)系在慣性坐標(biāo)系中的位置構(gòu)成了飛行器在慣性空間內(nèi)的姿態(tài)角。飛行運(yùn)動(dòng)方程是基于常質(zhì)量和變質(zhì)量剛體及質(zhì)點(diǎn)的一般規(guī)律來(lái)建立的,用以描述飛行器或其部件:的運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上在短周期的繞質(zhì)心運(yùn)動(dòng)時(shí)還有彈性力、推進(jìn)劑晃動(dòng)力和發(fā)動(dòng)機(jī)慣性力的作用。它們是分析飛行器控制穩(wěn)定性所關(guān)心的問(wèn)題，而在大多數(shù)情況下認(rèn)為飛行器是變質(zhì)量剛體。

控制系統(tǒng)模型

02 姿態(tài)控制算法研究

       飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)飛行器平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，同時(shí)也是飛行器分系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺的組成部分。成功地設(shè)計(jì)姿態(tài)控制系統(tǒng)對(duì)飛行器的穩(wěn)定在軌運(yùn)行至關(guān)重要。飛行器姿控系統(tǒng)是一個(gè)比較復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，受到諸多因素的影響，姿態(tài)控制算法設(shè)計(jì)存在諸多難點(diǎn)：（1）慣性傳感器噪聲大（2）姿態(tài)模型高度非線(xiàn)性、強(qiáng)耦合。

有限時(shí)間姿態(tài)抗擾控制算法

03 多四旋翼一致控制算法研究

       四旋翼飛行器具有簡(jiǎn)單的剛體結(jié)構(gòu)，如下圖所示，其主體結(jié)構(gòu)為兩根垂直相交的支架，在兩根支架的四個(gè)端點(diǎn)處分別有一個(gè)電機(jī)并配有旋翼，機(jī)身上還包括一些其他設(shè)備，如電池、傳感器、控制器等必要元器件。四旋翼無(wú)人機(jī)的升力主要靠四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)四個(gè)旋翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生。如下圖所示,在四旋翼無(wú)人機(jī)四個(gè)旋翼中,旋翼(1,3)為一組,(2,4)為一組。為了克服旋翼旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反轉(zhuǎn)扭矩，通?？刂破渲幸唤M旋翼向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn),控制另一組旋翼向相反的方向旋轉(zhuǎn)從而產(chǎn)生相反的旋轉(zhuǎn)力矩。

多四旋翼模型

       都海波教授在本課程《經(jīng)典控制機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)發(fā)-飛行器姿態(tài)控制》中著重介紹了常用的姿態(tài)描述方式，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行全面的闡述，對(duì)于初次接觸該研究領(lǐng)域的人員有著較好的指導(dǎo)作用。以具體實(shí)例—四旋翼無(wú)人機(jī)為描述對(duì)象，對(duì)控制系統(tǒng)特點(diǎn)（多輸入、多輸出，欠驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)耦合，非線(xiàn)性，靜不穩(wěn)定性）展開(kāi)介紹，能夠使讀者很清楚的了解到飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域的性能參數(shù)。

01 飛行器姿態(tài)控制

02 飛行器姿態(tài)控制

如果你也對(duì)飛行器設(shè)計(jì)感興趣，

如果你想了解機(jī)器視覺(jué)的無(wú)人機(jī)自主飛行的知識(shí)和應(yīng)用，

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都海波

合肥工業(yè)大學(xué)教授，碩導(dǎo)、自動(dòng)化系副主任

       中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)智能空天系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)員，中國(guó)指揮與控制學(xué)會(huì)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)委員會(huì)員，自動(dòng)化學(xué)報(bào)、控制理論與應(yīng)用、中國(guó)控制會(huì)議申稿人。致力于非線(xiàn)性控制理論及其應(yīng)用、機(jī)器人控制、多智能體方面研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，省部級(jí)項(xiàng)目4項(xiàng)，人才項(xiàng)目2項(xiàng)，其它課題4項(xiàng)，主研企業(yè)委托類(lèi)課題多項(xiàng)。在國(guó)際 Springer出版社出版英文專(zhuān)著章節(jié) (Book chapter)1篇，科學(xué)出版社出版中文專(zhuān)著 1 部，發(fā)表期刊和會(huì)議論文90+篇，其中SCI期刊論文50+篇，2014年獲教育部自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。

課綱簡(jiǎn)介

·飛行器的系統(tǒng)建模

·飛行器的算法研究及驗(yàn)證

·飛行器編隊(duì)最優(yōu)控制

深谷學(xué)院

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