无人机高精度定高控制：LADRC对抗复杂气流扰动

"该文是北京航空航天大学的研究，探讨了在复杂气流扰动下，如何利用线性自抗扰控制（LADRC）技术实现无人机的高精度定高控制。通过对俯仰角、高度和速度的仿真结果分析，展示了LADRC在抵抗干扰和提高控制精度方面的优势。文章提到了在离散突风和大气紊流两种风干扰下的仿真比较，证明了LADRC相对于PID控制的优越性能。" 在无人机控制领域，尤其是在执行"天钩"回收任务的小型固定翼无人机操作中，高度控制的精度至关重要。复杂气流扰动，如离散突风和大气紊流，会对无人机的飞行稳定性带来显著影响。线性自抗扰控制（LADRC）作为一种先进的控制策略，被用于克服这些扰动，实现高精度的高度控制。 LADRC的核心在于其扩张状态观测器（ESO），它能够有效观测并估计系统中的总扰动，包括俯仰角加速度、高度和空速上的扰动。在6.1节中，通过仿真分析俯仰角、高度和速度的ESO观测结果，可以看到扰动跟踪的整体效果良好。扰动幅值的观测值与实际值接近，相位偏差也在可接受范围内，这表明ESO能有效地捕捉和跟踪干扰信号，为后续的抗扰动控制提供了有力支持。 6.2节中，通过离散突风（半波长1-cos模型）和大气紊流两种风干扰的仿真，LADRC在8米高度、25米/秒速度状态下与PID控制器进行了对比。在离散突风干扰下，两者都能将无人机迅速调整到9米高度，但LADRC展现了更好的动态性能。而面对大气紊流，LADRC的优势在于其能够通过优化控制器参数来适应各种功率谱密度的风干扰，减少了设计的保守性，从而实现更精确的控制。 文章采用粒子群算法优化了控制器参数，考虑了风干扰的功率谱密度分布，旨在提升控制系统的抗干扰性能和精度。这种方法不仅能够应对已知的风干扰类型，而且具备一定的通用性，可以适应不同环境中的不确定因素。 基于LADRC的无人机定高控制策略在面对复杂气流扰动时，展现出优于传统PID控制的性能，为无人机在执行如"天钩"回收等高精度任务时提供了更稳定、更精确的控制方案。这种技术对于提升无人机的自主控制能力和应对不可预测环境的能力具有重要意义。