基于低阶干扰估计器的欠驱动三自由度直升机鲁棒控制

针对模型不确定且外部未知扰动影响显著的欠驱动三自由度（3-DOF）直升机，本文设计、分析并实验验证了一种基于不确定性与干扰估计器（UDE）的主动抗扰控制策略。具体地，针对该直升机平台动力学耦合严重且存在欠驱动特性等问题，基于全驱动系统控制思想，发展了一种基于反馈线性化的升降角和偏航角轨迹跟踪策略，同时实现了内部状态（俯仰角）的镇定；在内外环三通道虚拟控制中，进一步设计了一阶UDE，并联合UDE和标称控制，构建了可有效补偿三通道模型不确定和外部扰动的鲁棒控制方案。该方案较好应对了被控对象的欠驱动特性，控制信号连续且光滑，同时干扰补偿器还具有设计参数少、性能调节简单且清晰等优点。借助于奇异摄动理论，分析了闭环系统跟踪误差的收敛性、输入-状态稳定性、及UDE参数对误差最终界的影响规律，揭示了闭环控制系统潜在的多时间尺度属性。仿真和实验结果验证了干扰补偿的必要性，UDE的有效性和其调参的便捷性。