MATLAB实现的直升机姿态滑模反演控制与非线性干扰观测器系统

资 源 简 介

本项目利用MATLAB设计直升机姿态控制系统，融合非线性干扰观测器(NDOB)和滑模反演控制，实时估计复合干扰和模型不确定性，并通过李雅普诺夫函数保证全局稳定性。提供完整的仿真与鲁棒跟踪控制方案。

详 情 说 明

基于非线性干扰观测器的直升机姿态滑模反演控制系统设计与仿真

项目介绍

本项目设计并实现了一种融合非线性干扰观测器(NDOB)与滑模反演控制的直升机姿态鲁棒控制方案。系统旨在解决直升机飞行过程中面临的外部复合干扰（如风扰）及模型参数不确定性对姿态控制精度的影响。通过NDOB对未知扰动进行实时估计与补偿，结合滑模反演控制方法，在保证系统全局稳定性的同时，有效削弱了传统滑模控制固有的抖振问题，实现了高精度的姿态跟踪控制。

功能特性

• 鲁棒扰动估计: 采用非线性干扰观测器，能够实时准确地估计直升机动力学模型中的复合干扰与不确定性。
• 高精度姿态跟踪: 基于反演控制框架设计滑模面，实现对期望姿态指令的快速、精确跟踪。
• 抖振抑制: 通过扰动估计补偿，显著降低了控制力矩输出的高频抖振，提高系统的平滑性。
• 稳定性保证: 基于李雅普诺夫理论严格证明了闭环系统的全局稳定性。
• 全面仿真分析: 输出控制力矩、跟踪误差、干扰估计对比、状态响应及性能指标等多种结果，用于系统验证与评估。

使用方法

1. 配置参数: 在对应的脚本或函数文件中，设置直升机的物理模型参数（如质量、惯性矩）。
2. 设定指令与初始状态: 定义期望的姿态指令轨迹以及直升机的初始状态（姿态角、角速度等）。
3. 调整控制器与观测器参数: 根据系统响应需求，合理配置滑模控制律参数（如滑模面系数、切换增益）和非线性干扰观测器的增益矩阵。
4. 定义干扰场景: 设置用于模拟的外部干扰（如阵风、模型参数摄动）的特性。
5. 运行仿真: 执行主仿真程序，系统将自动完成控制律求解、扰动观测和动态响应计算。
6. 分析结果: 仿真结束后，查看自动生成的各类曲线图和性能指标数据，评估控制系统的性能。

系统要求

• 操作系统: Windows / Linux / macOS
• 软件环境: MATLAB R2018a 或更高版本
• 必要工具箱: 通常需要 MATLAB 基础模块及 Simulink（若包含模型仿真），具体依赖请参考代码注释。

文件说明

主程序文件集成了整个控制系统的核心仿真流程，其主要功能包括：初始化直升机模型参数与控制器配置，构建非线性干扰观测器和滑模反演控制器，运行闭环系统的动态仿真以计算状态响应，实时估计外部干扰并与真实值进行对比分析，同时完成姿态跟踪误差、李雅普诺夫函数变化及控制性能指标的评估与图形化输出。