基于ADRC的四旋翼姿态控制增强与实现

本篇论文是黄瑞敏同学在2018年进行的本科生毕业设计（改革课题），其研究主题为“基于ADRC的四旋翼控制器设计与实现”。针对传统PID控制方法在四旋翼飞行器姿态控制中的局限性，作者提出了利用自抗扰控制技术——自动扰动拒绝控制（AutoDisturbancesRejectionControl，简称ADRC）来提升系统的鲁棒性和稳定性。 ADRC的核心包括三个关键组件：微分跟踪器TD（Tracking Differentiator），扩张状态观测器ESO（Extended State Observer），以及非线性误差反馈控制律NLSEF（Nonlinear State Error Feedback）。微分跟踪器通过直接估计系统的状态变化，增强系统的动态响应；扩张状态观测器用于实时估计系统的未测量状态，提供更精确的状态信息；非线性误差反馈则确保了控制策略对系统模型的不准确性的抵抗能力。 作者将ADRC的数学模型转化为C语言实现，并将其封装为可移植到小型嵌入式系统的函数，以便在硬件上有效运行。论文中展示了通过Simulink仿真验证了ADRC在TD、ESO和NLSEF部分的性能，以及整体控制策略在模拟环境中的理想控制效果。 姿态数据的获取是控制过程中的重要环节，论文详细阐述了如何从实际飞行器中获取可靠的姿态信息，这为ADRC的实施提供了基础。最后，作者将ADRC应用于小型四旋翼飞行器的姿态控制中，设计并实现了基于STM32微处理器的外围电路，通过定时器中断技术实现了多任务处理，从而实现在实际硬件上的高效控制。 关键词集中在ADRC技术、姿态解算、姿态控制以及四旋翼飞行器应用上，反映出本文的研究重点在于解决实际飞行器控制中的复杂动态问题，提高飞行器在各种扰动下的稳定性和精度。这篇论文不仅理论研究了ADRC在四旋翼领域的可行性，还展示了其实现过程和应用效果，具有较高的实用价值。