基于补偿函数观测器的四旋翼无人机姿态受限控制

作者：齐国元; 李阔; 王琨

来源：吉林大学学报（工学版）, 2022, 1-9.

DOI：10.13229/j.cnki.jdxbgxb20220612

• 控制理论与控制工程
• 扩张观测器(ESO)
• 补偿函数观测器(CFO)
• 障碍Lyapunov函数
• 反步控制

四旋翼无人机系统存在着模型偏差和风扰动，偏差和扰动的估计精度对控制性能极为重要。扩张观测器（Extend State Observer，ESO）对于快速变化的未知扰动估计精度较低。本文分析了最新提出的补偿函数观测器（Compensation Function Observer，CFO），CFO较ESO估计精度高，收敛性强。将CFO的估计值反馈于控制器能够充分抵消模型偏差和扰动对系统控制带来的不利影响。由于四旋翼无人机的飞行环境及自身执行机构等原因的限制，为了保证姿态始终在约束范围内变化，引入了障碍Lyapunov函数（Barrier Lyapunov Function，BLF）保证系统能够达到预设性能。本文提出了基于补偿函数观测器的反步姿态受限控制（CFO-BLF）方案，Simulink仿真对比了CFO-BLF反步控制，ESO-BLF反步控制和PID控制算法，通过测试四旋翼无人机的姿态跟踪性能，验证了CFO-BLF的有效性及优越性。

• 单位
  天津工业大学