尾坐式飞行器悬停姿态鲁棒伺服控制与$L_1$自适应补偿

"该文主要探讨了基于鲁棒伺服思想的尾坐式飞行器在悬停阶段的姿态控制问题，考虑了舵面失效、风场干扰、气动参数不确定以及转动惯量不确定等实际因素，设计了一种结合鲁棒伺服线性二次型调节器(RSLQR)和$L_1$自适应控制器的复合控制策略。通过RSLQR控制器确保标称系统的响应和鲁棒性，而$L_1$自适应控制器则用于补偿大不确定性下的性能下降，确保飞行器能在平衡点附近的大范围内稳定工作。此外，文章还讨论了控制器参数与系统时延裕度之间的关系，并提出利用扩张状态观测器(ESO)来补偿硬件限制带来的影响，保证控制系统在有限的飞控硬件条件下仍能保持良好的响应性能。最终，通过飞行测试验证了所提控制算法的有效性和实用性。" 本文深入研究了小型飞翼布局的尾坐式垂直起降飞行器的悬停姿态控制。在设计控制策略时，首先建立了悬停状态点的线性化运动学和动力学模型，利用这些模型，作者设计了鲁棒伺服线性二次型调节器(RSLQR)，以实现标称系统的快速响应和对不确定性的鲁棒性。然而，考虑到实际飞行中可能会遇到的严重不确定性，如舵面失效和环境干扰，单纯依赖RSLQR控制器可能无法保证最优性能。因此，文章引入了$L_1$自适应控制器，它能够动态调整增益，以补偿大的不确定性影响，从而改善系统性能。 文中还讨论了控制器设计中的一个重要因素——时延裕度，即控制器参数与系统延迟之间的关系，这对系统的稳定性至关重要。此外，为了解决在有限的飞控硬件性能下控制系统的响应问题，作者提出了采用扩张状态观测器(ESO)的方法。ESO能够估计未被直接测量的状态变量，从而帮助控制器在硬件限制条件下也能有效地补偿不确定性和干扰。 最后，通过仿真和实际飞行测试，验证了提出的控制算法在不同不确定性和硬件限制条件下的有效性和可行性。这些测试结果表明，所设计的控制系统能够在复杂环境下保持飞行器的稳定悬停，体现了控制策略的稳健性和实用性。 该研究为尾坐式飞行器的悬停姿态控制提供了新的理论依据和技术手段，对于提高飞行器在极端条件下的控制性能具有重要意义。