李堅強，裴海龍
深圳大學計算機與軟件學院，廣東深

華南理工大學自動化科學與工程學院，廣東廣州

摘　　　要：研究空中機器人（小型無人直升機）的約束優化控制問題。對小型無人直升機的非線性系統模型進行系統約簡，建立混合系統的分段仿射系統模型，針對該問題求解中遇到的在線計算量大，不利于實時控制等問題，提出利用多參數二次規劃離線計算出混合系統較優控制律的方法。基于多參數二次規劃的方法，在較大可控不變集的可行域內進行顯式優化控制器設計，通過反向動態規劃，求出對應每一步的優化解，從而求得不變集作為可行域的優化解。通過實際參數的系統仿真，證明了方法的有效性。

關　鍵　詞：空中機器人；混合系統；不變集；多參數二次規劃；顯式控制器

１　引　言
空中機器人（智能小型無人直升機）在監視、救援和航拍等眾多應用領域中扮演著關鍵的角色。因為無人飛行器的飛行操作都是在地面完成的，即使發生了飛行意外也不會造成人員的直接傷亡，所以特別適合代替有人駕駛飛機去完成一些危險的任務。由于小型無人直升機具有在狹小空間復雜環境中垂直起降和懸停的能力，對其自主功能的研究首先是出于軍事目的，除此以外許多特殊情況如高壓線／輸油管道巡視、交通執法和緊急事件現場監控、環境／海洋監測、精準農業生產以及航空攝影／測量等都會對小型無人直升機產生需求。本文基于前人的研究基礎，對于非線性無人機模型在懸停、前飛等各種狀態下進行混合系統建模。對于系統的約束，采用較大可控不變集方法計算出飛行姿態等無人機的安全區域。在安全區域內，本文設計了一種基于反向動態規劃的顯式優化控制算法對無人機進行了控制器設計，實現控制的實時性。

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