7、基于观测器的四旋翼倾转旋翼无人机在旋翼倾转轴卡死故障下的LPV控制设计

基于观测器的四旋翼倾转旋翼无人机在旋翼倾转轴卡死故障下的LPV控制设计

1. 引言

随着自主控制和电子技术的发展，无人机在农业和军事等领域得到了深入研究和广泛应用。传统结构的旋翼无人机（RUAVs）和固定翼无人机（FWUAVs）各有优缺点：
- 旋翼无人机（RUAVs） ：具有悬停能力，适合执行操作任务，但续航能力较差，无法进行高速巡航。
- 固定翼无人机（FWUAVs） ：续航时间长、巡航速度高，但不能在固定位置悬停，对环境的适应性不如RUAVs。

为了突破传统结构的限制，人们设计了许多新型混合无人机，如倾转旋翼无人机（TRUAV）。TRUAV具有可变结构和动力学特性，其旋翼可从垂直位置倾斜到水平位置，分别对应直升机模式和飞机模式。在这两种模式下，基于现有知识，TRUAV的控制已相对成熟。然而，在直升机模式和飞机模式之间的过渡过程中，存在变化和非线性动力学，纯线性控制方法难以保持理想的控制性能，典型的非线性控制方法也因旋翼和空气动力学的复杂控制耦合而难以直接应用。

常见的增益调度（GS）控制结构在TRUAV过渡控制中存在一定局限性，目前过渡过程的稳定性分析仍是一个挑战。此外，旋翼倾转轴卡死故障可能会导致过渡过程中断，危及飞行安全，但针对TRUAV的容错控制（FTC）问题，尤其是旋翼倾转轴卡死故障的研究较少。

本文旨在解决四旋翼倾转旋翼无人机（quad - TRUAV）的过渡控制和旋翼倾转轴卡死故障下的容错控制问题。通过引入虚拟控制输入，将非线性模型转化为线性参数变化（LPV）模型，并设计基于观测器的LPV控制器。在旋翼倾转轴卡死故障下，考虑退化模型，重构逆过程以保