【无人机控制】四旋翼位置控制的滑模控制器【含Matlab源码 7229期】

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⛄一、四旋翼位置控制的滑模控制器

四旋翼飞行器的滑模控制器是一种常见的位置控制策略，它主要用于精确控制飞行器相对于地球的特定位置，如高度、水平位移和平移。其核心原理和流程如下：

1 原理：
滑模控制器利用“硬切换”特性，即当系统接近预设的稳定状态边界（称为滑模面）时，迅速切换控制信号，使系统快速逼近目标状态，而不是逐渐趋近。
在四旋翼系统中，滑模控制器通常将无人机的位置（例如x,y,z坐标）作为控制变量，并设置一个预定的滑模表面，该表面代表理想位置。控制器的目标是在最小时间下让飞行器达到这个表面。

2 流程：
（1）状态空间描述：首先，需要将四旋翼的运动简化为双轴（俯仰和偏航）或三维（包括俯仰、偏航和滚动）的空间模型。
（2）设计滑模面：定义滑模面的表达式，通常是基于位置和速度偏差的形式。
（3）控制器设计：设计一个跟踪误差控制器，使得当位置误差进入一个所谓的“滑模区域”时，误差的斜率变为常数，使得控制器可以直接驱动飞行器到滑模面。
（4）切换规则：一旦达到某个阈值，控制系统立即改变输入（螺旋桨的速度或推力），引导飞机到达滑模面。
（5）稳定性保证：通过适当的参数选择和控制器设计，确保系统的稳定性，防止混沌行为和不稳定振动。

3 优势：
对于不确定性和外部干扰有较强的鲁棒性，能较快地从扰动中恢复。
简单的控制结构，易于理解和实现。

⛄二、部分源代码和运行步骤

1 部分代码
clear;
close all;
clear global;
warning off;
clc;
%% 2021b version
out = sim(‘main_adaptive.slx’)
out_smc = sim(‘main_smc’)
%% x y z
fig1=figure(1)
t = tiledlayout(3,1);
nexttile
% subplot(3,1,1)
h=plot(out_smc.x_real.Time,out_smc.x_real.Data ,‘-xr’,‘LineWidth’,1,‘DisplayName’,‘x_{real smc}’);
h.MarkerIndices = 5:200:length(out_smc.x_real.Time );
hold on
h=plot(out.x_real.Time,out.x_real.Data ,‘-xk’,‘LineWidth’,1,‘DisplayName’,‘x_{real}’);
h.MarkerIndices = 5:2