● 摘要
无人直升机在军事、工业、民用等领域具有非常重要的潜在价值。本文对现今无人直升机研究现状，特别是无人直升机飞控技术的研究现状进行了综述研究，从而确定了将解决直升机在扰动环境中进行大速度大机动运动时所可能遇到的阵风扰动、非线性气动力、模型不确定性等问题作为目标，致力于设计一种无人直升机鲁棒控制方法，以实现对上述扰动、非线性、模型不确定的鲁棒性。
本文通过对直升机飞行力学进行研究，确定了扰动、非线性，以及模型不确定性等影响因素主要来自直升机旋翼挥舞运动的贡献，进而确定将对旋翼挥舞运动的控制以及对其上的扰动及非线性进行观测和补偿作为主要技术解决途径。继而针对旋翼挥舞运动设计了一种扩展状态观测器，以实时获得旋翼挥舞状态以及作用在挥舞运动上的非线性气动力与外界扰动之和。进而设计了一种自抗扰反步控制律，通过结合自抗扰控制对扰动进行直接补偿从而抑制扰动的特点，以及反步控制法对全阶非线性模型的全局一致渐近稳定的控制的特点，将保证鲁棒性与保证飞行性能的控制设计分开，以实现在对扰动和非线性等因素进行主动补偿的同时，实现对运动指令的快速跟踪。
本文对提出的自抗扰反步控制律进行了飞行仿真验证，证明了即使在快速、强烈的扰动和非线性，以及模型不确定性存在的情况下，该控制律仍能控制直升机对运动指令实现快速准确的跟踪。同时，本文还设计了两套实验平台，对自抗扰反步控制律以及常用的PID控制器进行了对比飞行实验验证，实验结果同样证明了自抗扰反步控制律对扰动的快速有效抑制以及对指令的准确跟踪，及其相对PID的优越性。