8、四旋翼倾转旋翼无人机的LPV控制与容错设计

四旋翼倾转旋翼无人机的LPV控制与容错设计

1. 四旋翼倾转旋翼无人机的控制结构

四旋翼倾转旋翼无人机（Quad - TRUAV）在无故障情况下的控制结构包含多个关键部分，如速度LPV观测器、速度LPV控制器、姿态LPV控制器、姿态LPV观测器等。该控制策略要求速度控制器和姿态控制器分离。

以下是无故障情况下控制结构的主要组成部分：
- 速度LPV观测器：用于观测速度相关信息。
- 速度LPV控制器：对速度进行控制。
- 姿态LPV控制器：控制无人机的姿态。
- 姿态LPV观测器：观测姿态信息。
- 基于观测器的LPV控制器：综合处理信息，确保系统的稳定性。
- 逆过程设计：将虚拟控制输入转换为实际控制输入。

1.1 基于观测器的LPV控制器综合

为了设计LPV控制器（3.15）和PIO（3.17），提出了以下定理来确定控制器和观测器的增益：
定理：若存在正标量 $\varphi_1$、$\varphi_2$ 和 $\varphi_x$，可逆矩阵 $W_1$ 和 $W_2$，以及矩阵 $X$、$Y$、$M(p) = \sum_{i = 1}^{n} p_iM_i$ 和 $N(p) = \sum_{i = 1}^{n} p_iN_i$ 满足以下条件，则闭环系统（3.19）渐近稳定，且LPV观测器的估计误差具有 $H_{\infty}$ 干扰衰减 $\tau$：
- $X > 0$，$Y > 0$ （3.20）
- $G_i < 0$，$0 \leq i \leq n$ （3.21）

其中，
$G_i =
\beg