基于ESO的四旋翼预测控制：应对未知时变负载的鲁棒解决方案

本文主要探讨了"基于扩展状态观测器的四旋翼在未知时变有效载荷下的预测控制"这一主题，发表在《航空科学与技术进展》杂志2019年第4期，29-41页。该研究关注的是无人机技术在实际应用中的一个重要挑战，即如何确保四旋翼无人飞行器在搭载不可预知且随时间变化的有效载荷时保持稳定和高效操控。 研究首先构建了一个考虑有效载荷动力学的四旋翼系统模型，将有效载荷动态视为系统干扰。这种动态变化可能对飞行性能产生显著影响，因此处理好这种不确定性至关重要。作者引入了扩展状态观测器（ESO），作为一种有效的估计工具，用于实时估计有效载荷产生的干扰，并将其纳入闭环控制系统，从而增强系统的鲁棒性和抗扰动能力。 预测控制策略是研究的核心部分，针对多输入多输出（MIMO）系统设计，目的是减少因有效载荷加载或卸载导致的突然变化对飞行性能的冲击。这种控制方法能够预见并提前调整飞行器的行为，以减小响应的不稳定性，提高系统的整体性能。 与传统的控制方法如级联比例积分微分（CPID）和滑模控制（SMC）进行了对比实验。结果显示，尽管CPID在姿态控制方面表现良好，但在保持姿态稳定性方面存在局限；相比之下，滑模控制显示出输入颤动的问题，这表明所提出的预测控制方案具有明显的优势，它能够在保证飞行稳定性和精确控制的同时，更好地应对有效载荷变化带来的复杂情况。 本研究不仅深化了对四旋翼携带有效载荷动态控制的理解，而且提供了实用的预测控制策略，这对于提升无人机在物流、科研和军事等领域的应用能力具有重要意义。通过与现有控制技术的比较，这项工作为改进未来无人机系统的动态适应性和效率提供了一条新的路径。