四旋翼无人机基于SE(3)的鲁棒轨迹跟踪控制研究

"基于SE(3)的四旋翼无人机鲁棒轨迹跟踪控制仿真研究" 本文主要探讨了四旋翼无人机在飞行控制过程中面临的问题及解决策略，特别关注了基于SE(3)的鲁棒轨迹跟踪控制。SE(3)表示三维空间中的平移和旋转，是描述四旋翼无人机运动状态的重要数学工具。 四旋翼无人机在执行复杂飞行任务时，由于控制器建模大多基于欧拉角，导致在大角度旋转时出现异常，限制了其飞行能力。传统的控制器如PID、滑模控制、模糊控制等虽具备一定的抗干扰能力，但存在局限性，如计算量大、需要精确动力学模型等。鲁棒控制因其能有效处理不确定性，成为一种有效的解决方案，尤其是在面对四旋翼无人机的非结构不确定性时。 文章对比了不同的姿态描述方法，包括最小欧拉角表示法、四元数法和特殊欧几里得群（SE(3)）表示法。其中，四元数法无奇异点，但处理姿态模糊性需谨慎，而基于SE(3)的表示方法能更全面地描述无人机的六自由度运动，且在鲁棒轨迹跟踪控制中展现出优势。这种控制策略可以确保在姿态和位置指令下，跟踪误差被约束在预定范围内，并且通过参数调整可进一步减小误差。 作者提出了一个基于SE(3)的鲁棒轨迹跟踪控制系统，该系统不仅适应于四旋翼无人机的完整动力学模型，而且有严格的李雅普诺夫稳定性分析，确保了系统的稳定性。鲁棒性设计有助于克服动态转换和旋转时的不确定性问题。 论文结构上，第一章介绍了四旋翼无人机的研究意义和当前发展状况，第二章和第三章分别比较了不同姿态描述和控制方法，第四章详细描述了所选方案及系统模型，最后对未来发展趋势进行了展望。整体来看，这项研究对于提升四旋翼无人机的飞行控制精度和应对复杂环境的适应性具有重要的理论和实践价值。