不确定强耦合下四旋翼姿态鲁棒自适应控制

doi:10.7527/S1000-6893.2022.27645

Abstract

Abstract:

A dynamic surface control algorithm based on multi-layer adaptive neural network is proposed for the attitude control problem of the quadrotor UAV with multi-source strong coupling uncertainties for the first time. Different from the previous research on additive coupling uncertainties， the problem of multi-source multiplicative uncertainties estimation and compensation in UAV flight control is considered. First of all， a four-rotor UAV attitude dynamics model with multiplicative strong coupling uncertainties is constructed， and the uncertainties are ingeniously converted based on neural network and Fourier expansion. Secondly， a multi-layer approximation adaptive control law is designed based on the combination of adaptive technology and backstepping method. At the same time， dynamic surface technology is used to solve the derivation problem of virtual control law in the backstepping method. The effectiveness of the proposed control strategy is proved through complete theoretical analysis and simulation experiments.

Key words: quadrotor UAV, attitude control, neural network, dynamic surface control, adaptive control

CLC Number:

V211

Chenyang LIU, Dawei WU, Yize GUO, Xinsai LV, Jiani ZHOU, Shuyi SHAO. Robust adaptive attitude control of quadrotor with uncertain strong coupling[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(S1): 727645-727645.

Figures/Tables 7

Fig.1

Table1

QUAV model parameters

变量	数值
$m$ / $k g$	1.5
a/ $m$	0.14
$I x x$ / $k g / m 2$	0.03
$I y y$ / $k g / m 2$	0.03
$I z z$ / $k g / m 2$	0.04
$G 1 ~ G 4$ / $k g / s$	0.01

Table1

Table 2

Multilayer approximation adaptive controller parameters

变量	数值	变量	数值	变量	数值
$k 1$	9.5	$k 5$	6.5	$σ c 1 ~ σ c 3$	1
$k 2$	8.5	$k 6$	5.5	$τ 2$	0.2
$k 3$	9.5	$σ a 1 ~ σ a 3$	0.1	$τ 4$	0.2
$k 4$	8.5	$σ b 1 ~ σ b 3$	1	$τ 6$	0.25
$b$	0.01	$σ ε 1 ~ σ ε 3$	5

Table 2

Table 3

Disturbance observer controller parameters

变量	数值	变量	数值	变量	数值
$c 1 ~ c 2$	5	$c 11$	0.3	$k b 9$	0.002
$c 3$	3	$c 12$	0.6	$k b 11$	0.005
$c 4$	1.2	$l 1 ~ l 6$	1.005	$- k b 1$	-0.000 5
$c 5 ~ c 6$	0.8	$τ 1 ~ τ 2$	1.9	$- k b 3$	-0.015
$c 7$	0.3	$k b 1$	0.000 5	$- k b 5$	-0.000 3
$c 8$	25	$k b 3$	0.015	$- k b 7$	-0.06
$c 9$	0.001	$k b 5$	0.000 3	$- k b 9$	-0.002
$c 10$	0.51	$k b 7$	0.06	$- k b 11$	-0.005

Table 3

Fig.2

Fig.3

Fig.4

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Robust adaptive attitude control of quadrotor with uncertain strong coupling

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