题目：欠驱动VTOL飞行器的控制理论研究

欠驱动系统指的是系统的独立控制输入维数低于系统自由度维数的非线性系统。垂直起降（Vertical Take-off and Landing, VTOL）飞行器作为欠驱动非线性系统的典型代表，还具有非最小相位特性，对非线性系统的控制理论和应用研究具有十分现实的意义。然而由于VTOL飞行器具有欠驱动、非线性、强耦合和非最小相位等特性限制了现有控制方法（反馈线性化、滑模控制、反演法）的直接应用，因此对其进行控制研究具有一定的挑战性。 本文从以下几个方面对欠驱动VTOL飞行器的控制理论与应用问题进行研究。

1、  针对欠驱动VTOL飞行器进行动力学建模，并分析系统的欠驱动、非最小相位等特性，以明确控制目标。针对输出干扰的VTOL飞行器系统，采用积分链式微分器估计飞行器的速度信息和加速度信息，然后采用差分进化算法实现VTOL飞行器模型参数的有效辨识。

2、  针对有输出干扰的VTOL飞行器系统，采用全局坐标变换将系统变换为下三角形式，且使新系统的输出是平坦的，从而规避原系统的非最小相位问题。然后设计动态面控制器实现VTOL飞行器的跟踪控制，并加入阻尼项抑制外界干扰。该控制方法消除传统反演法“微分爆炸”现象的同时实现了欠驱动VTOL飞行器的输出跟踪。

3、  针对仅输出可测的欠驱动VTOL飞行器系统，采用高增益观测器重构系统状态，并将重构状态引入动态面控制中，采用Lyapunov稳定性方法证明整个闭环系统的稳定性。采用上述控制方法在降低测量要求的同时，实现了基于位置信号的VTOL飞行器输出跟踪控制。

结合平坦输出理论，提出欠驱动VTOL飞行器的贝塞尔曲线路径规划方法，以满足飞行器系统的非完整约束。基于规划的路径，设计开环跟踪控制器，使VTOL飞行器沿着所设计的轨迹飞行。