● 摘要
由于在军用及民用方面的突出贡献，无人机越来越受到全世界的关注。而自驾仪作为无人机的核心部件，担负着规划路径、保持无人机位置及姿态的任务。自驾仪的控制系统通常是基于无人机模型来设计的，然而一般的控制器却忽略了无人机模型的不确定性及参数的不确定性。同时，当前普遍采用的2D及3D导航方法无法实现对时间的约束，使得无人机执行的任务存在局限性。
本文的主要目的是设计一种新型的小型固定翼无人机自驾仪，使其能够有效的对无人机的不确定性进行抑制，并适用于带速度或时间约束的任务。本文对目前已存在的大部分控制方法进行了调研，分析了它们的优势和存在的不足。结果表明，基于加性分解的动态逆方法设计简单、使用方便，并且对无人机模型的不确定性和参数的不确定性有较好的抑制效果。而在导航系统方面，4D导航方法能够实现对于时间和速度的约束。
因此为设计合适的自驾仪，本文首先建立了一个小型固定翼无人机的数学模型，并在此基础上设计了基于加性分解的动态逆控制器。仿真结果表明该方法对于含不确定项的系统具有较好的鲁棒性。其次，为提高无人机的机动性能，本文在最后还给出了一种新的BTT转弯控制器设计方案。针对小型固定翼无人机的转弯及盘旋运动，设计了基于加性分解的反步法控制器，通过仿真验证了其鲁棒性及对不确定性的抑制效果。
本文建立了4D导航算法，将其加入自驾仪程序中，形成可控制4D轨迹的新型自驾仪，并进行仿真。同时依据Flight Gear飞行模拟软件及MATLAB设计了可视化的仿真方法。