摘要：這些年來，無人機的研制取得了突飛猛進的發(fā)展，它優(yōu)異的功能和性能被應(yīng)用于各個行業(yè)和領(lǐng)域。無人機有著廣闊的發(fā)展前景，其控制方法的研究和探討也很重要，本文就此展開論述，進行分析。

關(guān)鍵詞：無人機;應(yīng)用現(xiàn)狀;控制

一、特征

（一）優(yōu)點

與有人飛機相比，無人機有著很多突出優(yōu)點。由于無人機上不直接搭載飛行員，避免了人員的犧牲。無人機不需要考慮人的生理條件、承受能力、工作時間等因素，不需要安裝生命保障系統(tǒng)，這就大大減少了無人機的制造成本，減輕了無人機的整體質(zhì)量，減小了無人機的整體尺寸。同時，在各種濃煙、濃霧﹑高寒等復(fù)雜環(huán)境中，無人機依然可以執(zhí)行任務(wù)，這就使無人機應(yīng)用領(lǐng)域得到進一步拓展。此外，無人機還具有易于起降、操作簡單、機動靈活等優(yōu)點。

（二）缺點

無人機也有其缺點所在，因無人機質(zhì)量相對較輕，所以其承載能力有限，且抗風(fēng)能力也相對較差，如遇特殊天氣，無人機容易偏離航線，而靠預(yù)裝程序控制的無人機，其智能性、靈活性差，無人機難以應(yīng)對這些意外情況。同時，受無線電遙控的無人機，一旦受到對方無線電的干擾，容易出現(xiàn)敵我不識，這對于軍用無人機來說無疑是一個致命缺點。此外，目前無人機還具有可靠性不高、飛行速度較慢等缺點。

二、控制方法及應(yīng)用

無人機的飛行控制是無人機研究領(lǐng)域主要問題之一。傳統(tǒng)的控制方法主要集中于姿態(tài)和高度的控制，除此之外還有一些用來控制速度、位置、航向、3D軌跡跟蹤控制。

（一）線性飛行控制方法

1、PID控制屬于傳統(tǒng)控制方法，是目前最成功、用的最廣泛的控制方法之一。其控制方法簡單，無需前期建模工作，參數(shù)物理意義明確，適用于飛行精度要求不高的控制。

2、H∞屬于魯棒控制的方法。經(jīng)典的控制理論并不要求被控對象的精確數(shù)學(xué)模型來解決多輸入多輸出非線性系統(tǒng)問題。魯棒控制可以很好解決因干擾等因素引起的建模誤差問題，但它依賴于高性能的處理器，同時，由于是頻域設(shè)計方法，調(diào)參也相對困難。

3、LQR是被運用來控制無人機的比較成功的方法之一，其對象是能用狀態(tài)空間表達式表示的線性系統(tǒng)，目標函數(shù)為是狀態(tài)變量或控制變量的二次函數(shù)的積分。而且Matlab軟件的使用為LQR的控制方法提供了良好的仿真條件，更為工程實現(xiàn)提供了便利。

4、增益調(diào)度法解決系統(tǒng)非線性的問題。該算法由兩大部分組成，第一部分主要完成事件驅(qū)動，第二部分為誤差驅(qū)動。該控制方法在旋翼無人機的垂直起降、定點懸停及路徑跟蹤等控制上有著優(yōu)異的性能。

（二）基于學(xué)習(xí)的飛行控制方法

基于學(xué)習(xí)的飛行控制方法的特點就是無需了解飛行器的動力學(xué)模型，只要一些飛行試驗和飛行數(shù)據(jù)。

1、模糊控制方法是解決模型不確定性的方法之一，在模型未知的情況下來實現(xiàn)對無人機的控制。

2、基于人體學(xué)習(xí)的方法是美國MIT的科研人員為了尋找能更好地控制小型無人飛行器的控制方法，從參加軍事演習(xí)進行特技飛行的飛機中采集數(shù)據(jù)，更好地理解無人機的輸入序列和反饋機制。這種方法已經(jīng)被運用到小型無人機的自主飛行中。

3、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法經(jīng)典PID控制結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、易于實現(xiàn)，但當(dāng)被控對象具有復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型時，難以達到滿意的控制效果。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制技術(shù)能有效地實現(xiàn)多種非線性復(fù)雜過程的控制，提高控制系統(tǒng)的魯棒性、容錯性，且控制參數(shù)具有自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力。

（三）基于模型的非線性控制方法

為了克服某些線性控制方法的限制，一些非線性的控制方法被提出并且被運用到飛行器的控制中。這些非線性的控制方法通常可以歸類為基于模型的非線性控制方法。

1、反饋線性化是非線性系統(tǒng)常用的一種方法。反饋線性化理論有兩個重要分支：微分幾何法和動態(tài)逆法。但動態(tài)逆方法需要相當(dāng)精確的飛行器的模型，且由于系統(tǒng)建模誤差，加上外界的各種干擾，因此，設(shè)計時要重點考慮魯棒性的因素。動態(tài)逆的方法有一定的工程應(yīng)用前景，現(xiàn)已成為飛控研究領(lǐng)域的一個熱點話題。

2、模型預(yù)測控制是一類特殊的控制方法。最優(yōu)控制問題的初始狀態(tài)為過程的當(dāng)前狀態(tài)，解得的最優(yōu)控制序列只施加在第一個控制作用上，這是它和那些預(yù)先計算控制律的算法的最大區(qū)別。本質(zhì)上看模型預(yù)測控制是求解一個開環(huán)最優(yōu)控制的問題，它與具體的模型無關(guān)，但是實現(xiàn)則與模型相關(guān)。

3、多飽和控制飽和現(xiàn)象是一種非常普遍的物理現(xiàn)象，存在于大量的工程問題中。運用多飽和控制的方法設(shè)計多旋翼無人機，可以解決其它控制方法所不能解決的很多實際的問題。尤其是對于微小型無人機而言，由于大傾角的動作以及外部干擾，致動器會頻繁出現(xiàn)飽和。致動器飽和會限制操作的范圍并削弱控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。多飽和控制在控制飽和輸入方面有著很好的全局穩(wěn)定性，因此這種方法常用來控制微型無人機的穩(wěn)定性。

4、反步控制是非線性系統(tǒng)控制器設(shè)計最常用的方法之一，比較適合用來進行在線控制，能夠減少在線計算的時間。反步方法運用于飛控系統(tǒng)控制器的設(shè)計可以處理一類非線性、不確定性因素的影響，而且已經(jīng)被證明具有比較好穩(wěn)定性及誤差的收斂性。

5、自適應(yīng)控制是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，它最大的特點就是對于系統(tǒng)內(nèi)部模型和外部擾動的信息依賴比較少，與模型相關(guān)的信息是在運行系統(tǒng)的過程中不斷獲取的，逐步地使模型趨于完善。但自適應(yīng)控制比常規(guī)反饋控制要復(fù)雜，成本也很高，因此只是在用常規(guī)反饋達不到所期望的性能時，才會考慮采用自適應(yīng)的方法。

三、總結(jié)

隨著科技進步，無人機性能不斷得到提升，在軍事和民事領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文對無人機的控制方法及應(yīng)用進行系統(tǒng)詳細介紹，以期為未來無人機的研究提供有用參考。

參考文獻：

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[2]張云秀，曾慶達，張煒.無人機發(fā)展綜述[J].河南科技，2017

作者簡介：刁可，1990.04，男，江蘇揚州，本科，機械，210033，南京技師學(xué)院，南京市棲霞區(qū)學(xué)海路29號。