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当代控制理论及应用技术概论
Introduction to Contemporary Control Theory and Applied Technology

二、基于模型的非线性控制方法

为了克服某些线性控制方法的限制，一些非线性的控制方法被提出并且被
运用到飞行器的控制中。这些非线性的控制方法通常可以归类为基于模型的非线
性控制方法。这其中有反馈线性化、模型预测控制、多饱和控制、反步法以及自

适应控制。
（一）反馈线性化
反馈线性化是非线性系统常用的一种方法。它利用数学变换的方法和微分
几何学的知识，首先，将状态和控制变量转变为线性形式，然后，利用常规的线

性设计的方法进行设计，最后，将设计的结果通过反变换，转换为原始的状态和
控制形式。反馈线性化理论有两个重要分支：微分几何法和动态逆法，其中动态
逆方法较微分几何法具有简单的推算特点，因此更适合用在飞行控制系统的设计
上。但是，动态逆方法需要相当精确的飞行器的模型，这在实际情况中是十分困

难的。此外，由干系统建模误差，加上外界的各种干扰，因此，设计时要重点考
虑鲁棒性的因素。动态逆的方法有一定的工程应用前景，现已成为飞控研究领域
的一个热点话题。
（二）模型预测控制

模型预测控制是一类特殊的控制方法。它是通过在每一个采样瞬间求解一
个有限时域开环的最优控制问题获得当前控制动作。最优控制问题的初始状态为
过程的当前状态，解得的最优控制序列只施加在第一个控制作用上，这是它和那
些预先计算控制律的算法的最大区别。本质上看模型预测控制是求解一个开环最

优控制的问题，它与具体的模型无关，但是实现则与模型相关。
（三）多饱和控制
饱和现象是一种非常普遍的物理现象，存在于大量的工程问题中。运用多
饱和控制的方法设计多旋翼无人机，可以解决其它控制方法所不能解决的很多实

际的问题。尤其是对于微小型无人机而言，由于大倾角的动作以及外部干扰，致
动器会频繁出现饱和。致动器饱和会限制操作的范围并削弱控制系统的稳定性。
很多方法都已经被用来解决饱和输入的问题，但还没有取得理想的效果。多饱和
控制在控制饱和输入方面有着很好的全局稳定性，因此这种方法常用来控制微型

无人机的稳定性。

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