基于反步法的矢量推力旋翼机建模及仿真研究

doi:10.16182/j.issn1004731x.joss.18-0686

系统仿真学报 ›› 2020, Vol. 32 ›› Issue (6): 1117-1125.doi: 10.16182/j.issn1004731x.joss.18-0686

基于反步法的矢量推力旋翼机建模及仿真研究

周楠, 王亮, 艾剑良

复旦大学航空航天系，上海 200433

收稿日期:2018-10-17 修回日期:2019-01-04 出版日期:2020-06-25 发布日期:2020-06-25
作者简介:周楠(1991-)，男，江西鹰潭，博士生，研究方向为飞行控制与飞行仿真技术；王亮(1991-)，男，江苏盐城，博士生，研究方向为飞行控制；艾剑良(1965-)，男，江西临川，博士，教授，博导，研究方向为飞行力学与飞行控制及飞行仿真技术。

Modeling and Simulation of Quadrotor UAV with Vector Thrust Based on Backstepping

Zhou Nan, Wang Liang, Ai Jianliang

Department of Aeronautics and Astronautics, Fudan University, Shanghai 200433, China

Received:2018-10-17 Revised:2019-01-04 Online:2020-06-25 Published:2020-06-25

摘要/Abstract

摘要： 结合传统四旋翼无人机与可倾转旋翼机的特点，提出了一种具有矢量推力的四旋翼无人机。该无人机兼具传统四旋翼无人机垂直起降和悬停、可倾转旋翼机高机动性的优点，并可为其指定期望俯仰角和期望偏航角，使其具备了完成多元化任务的功能。控制系统采用分层设计的思想，上层为位置控制系统，下层为姿态控制系统，二者均采用反步法进行控制率设计。仿真实验结果表明，设计的控制系统可靠有效，矢量推力四旋翼无人机可以快速、精确地完成设想的机动动作。

关键词: 矢量推力, 四旋翼无人机, 动力学模型, 反步控制

Abstract: Combined with characteristics of the traditional quadrotor and the quad tilt-wing UAV, a quadrotor UAV with the vector thrust (VTQ) is proposed. This UAV has the ability of vertical take-off and landing and hovering, as well as the high maneuverability of the traditional quad tilt-wing UAV. It has the ability of completing the diversified tasks by being specified the desired yaw angle and pitch angle. Control system adopts the method of the layered design. The upper layer is the position control system, the lower layer is the attitude control system, and the control laws are both designed by the backstepping theory. The simulation results show the designed control system is reliable and effective, and the VTQ can carry out the planned maneuver quickly and accurately.

Key words: vector thrust, quadrotors, dynamic model, backstepping control

中图分类号:

V249

周楠, 王亮, 艾剑良. 基于反步法的矢量推力旋翼机建模及仿真研究[J]. 系统仿真学报, 2020, 32(6): 1117-1125.

Zhou Nan, Wang Liang, Ai Jianliang. Modeling and Simulation of Quadrotor UAV with Vector Thrust Based on Backstepping[J]. Journal of System Simulation, 2020, 32(6): 1117-1125.

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