基于分数阶PID的无人机纵向姿态控制律设计.docx

摘要：本文首先建立了无人机数学模型，并用小扰动线性化法，得到无人机纵向线性化方程。根据已经得到的状态方程，设计了俯仰角，速度，迎角的传统PID控制器和分数阶PID控制器，然后利用MATLAB仿真平台，分别对两种控制器进行仿真，得到不同控制系统的单位阶跃响应特性曲线，并且将两种仿真结果进行比较。最后对非线性系统进行仿真，验证结果。最后通过大量的仿真结果对比分析，在稳定性，适应性，鲁棒性方面，分数阶PID控制器表现的更为优秀。非线性的仿真结果验证了对于无人机的纵向姿态控制系统来说，本文所设计的分数阶PID控制器是有效的。

关键字：无人机，纵向姿态控制，分数阶控制理论，稳定性，适应性

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论-5

1.1 论文研究的目的及意义-5

1.2 国内外研究现状-6

1.2.1无人机研究现状简介-6

1.2.2无人机飞行控制研究现状-6

1.2.3分数阶PID的研从究现状-7

1.3论文研究内容及结构-7

第二章 固定翼无人机纵向建模-8

2.1 坐标系-8

2.2无人机纵向数学模型-8

2.2.1 假设条件-8

2.2.2 无人机纵向数学模型-8

2.2.3小扰动线性化原理-10

2.3本章小结-12

第三章 分数阶控制器设计-13

3.1分数阶控制器描述-13

3.2分数阶控制器设计-14

3.2.1传统PID控制器参数变化对系统性能的影响-14

3.2.2分数阶PID控制器参数变化对系统性能的影响-15

3.2.3分数阶控制器参数整定方法与设计-15

3.3分数阶控制器实现方法-16

3.3.1解析法-16

3.3.2直接近似化方法-16

3.3.3 间接近似化方法-17

3.4本章小结-21

第四章 无人机纵向姿态控制律设计-22

4.1控制系统结构-22

4.2纵向姿态控制律设计-22

4.2.1无人机俯仰姿态PID及分数阶PID控制律设计-22

4.2.2无人机速度保持 PID 及分数阶PID控制律设计-23

4.2.3无人机高度保持 PID 及分数阶PID控制律设计-23

4.4仿真结果-24

4.4本章小结-25

第五章 总结与展望-26

5.1总结-26

5.2展望-26

参考文献-27

致谢-28