17、基于干扰观测器控制的方法与应用：小型直升机的干扰抑制

基于干扰观测器控制的方法与应用：小型直升机的干扰抑制

1. 永磁同步电机调速与直升机控制概述

在调速问题上，永磁同步电机系统有其独特的控制需求。为了提升其抗干扰能力，提出了一种控制方案，该方案不仅在速度环采用了抗干扰控制律，在 q 轴电流环也同样如此。考虑到 q 轴电流的动态特性，将转子速度与 d 轴电流之间的耦合以及反电动势视为 q 轴电流环的集中干扰。通过扩展状态观测器对这些集中干扰进行估计，进而开发出一种由比例反馈和基于干扰估计的前馈补偿组成的复合控制律，用于控制 q 轴电流。通过仿真和实验对比，验证了该方法的有效性。

小型直升机因其独特的特点，在民用和军事领域都有广泛的应用前景。然而，实现小型直升机的自主飞行极具挑战性，因为它们本质上不稳定，具有强烈的非线性和耦合性，并且极易受到风以及小的结构变化的影响。

1.1 直升机控制技术现状

许多控制技术已被应用于直升机的自主飞行控制，包括基于反馈线性化的控制、多变量自适应控制、神经网络自适应控制、状态相关 Riccati 方程（SDRE）控制等。近年来，模型预测控制（MPC）在无人机领域被认为是一种有前途的方法。但对于非线性系统，MPC 技术通常需要在每个采样时刻数值求解优化问题，这由于计算负担过重给实时实现带来了障碍。在小型无人机上实现计算要求高的非线性 MPC 非常具有挑战性，相关的低带宽和计算延迟使得难以满足直升机等动态快速系统的控制要求。

1.2 显式非线性 MPC（ENMPC）的引入

为了避免在线优化，引入了显式非线性 MPC（ENMPC）用于自主直升机的轨迹跟踪。通过在滚动时域内使用跟踪误差和控制努力的泰勒展开到指定阶数，可以找到非线性 MPC 的解