Page 81 - 当代控制理论及应用技术概论

第二章 飞行器控制研究

（四）反步控制
反步控制是非线性系统控制器设计最常用的方法之一，比较适合用来进行
在线控制，能够减少在线计算的时间。基于 Backstepping 的控制器设计方法，其
基本思路是将复杂的系统分解成不超过系统阶数的多个子系统，然后通过反向递

推为每个子系统设计部分李雅普诺夫函数和中间虚拟控制量，直至设计完成整个
控制器。反步方法运用于飞控系统控制器的设计可以处理一类非线性、不确定性
因素的影响，而且已经被证明具有比较好稳定性及误差的收敛性。
（五）自适应控制

自适应控制也是一种基于数学模型的控制方法，它最大的特点就是对于系
统内部模型和外部扰动的信息依赖比较少，与模型相关的信息是在运行系统的过
程中不断获取的，逐步地使模型趋于完善。随着模型的不断改善，由模型得到的
控制作用也会跟着改进，因此控制系统具有一定的适应能力。但同时，自适应控

制比常规反馈控制要复杂，成本也很高，因此只是在用常规反馈达不到所期望的
性能时，才会考虑采用自适应的方法。

三、四旋翼飞行器控制方法

（一）PD 控制法
王振等为避免四旋翼飞行器欠驱动控制律中存在的缺陷，采用基于内外环
结构的 PD 控制器，将控制系统解耦为 3 个独立子系统，再以四旋翼飞行器位置
子系统为外环，姿态子系统为内环，分别在内外环角速度控制器中加入PD控制器，
使系统在运动过程中不断进行快速调节，达到稳定的运动状态。Matlab 仿真实验

结果表明：设计方法响应速度快，能实现对四旋翼飞行器位置和姿态的稳定跟踪，
实现稳定悬停。
（二）PID 控制法

周祖鹏等首先对四旋翼飞行器进行受力分析，通过导航坐标系与机体坐标
系之间的变换及 Newton-Euler 方程建立运动学及动力学模型，并采用基于抗饱和
的串联 PID 控制算法，利用 Matlab/Simulink 数学软件对飞行器进行模拟仿真实验，
结果表明基于抗饱和的串联 PID 控制算法有良好的动态特性。

刘二林等针对四旋翼飞行器悬停控制问题，采用 ADAMS 搭建非线性数学模
型，并将模型导入 Matlab 中，通过 PID 控制策略对飞行器的飞行姿态和悬停状

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