飞行机械臂变参数模型预测控制策略

摘要

针对飞行机械臂系统中多旋翼无人机与机械臂之间存在的相互扰动问题，设计了分阶段约束的变参数模型预测控制策略.首先，建立带有机械臂扰动的六旋翼无人机动力学模型，通过在预测模型中引入机械臂作用于无人机的力和力矩扰动观测值，补偿机械臂对无人机的耦合影响.然后，为平衡跟踪精度与增大预测区域带来的计算复杂度，在预测区域内采用变步长策略，同时对状态变量进行分阶段约束，从而提高系统的实时性能和安全性.此外，为有效抑制载体的扰动，设计了具有鲁棒性的机械臂滑模控制器.最后，通过数值仿真验证了分阶段约束的变参数模型预测控制比传统模型预测控制和反步控制具有更高的控制精度及更强的抗干扰能力.

关键词

飞行机械臂 / 模型预测控制 / 滑模控制 / 扰动观测 / 分阶段约束

基金资助

国家自然科学基金资助项目(62473282); 中国高校产学研创新基金资助项目(2021ITA10009)