空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法

在空间交会状态模型的基础上,通过分析航天器的轨道动力学方程,给出了空间最省燃料交会轨迹和空间最优交会轨迹跟踪控制问题的数学描述。基于线性系统的特征结构配置和模型参考方法,提出了一种空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法。应用该方法设计了系统的反馈镇定控制器和前馈跟踪控制器。仿真结果表明提出的控制方案是行之有效的。     

基于ESO的无人直升机轨迹鲁棒跟踪控制

围绕无人直升机实际飞行中的不确定性问题,将扩张状态观测器(extended state observer, ESO)与自适应反步法相结合设计控制器来实现无人直升机轨迹的鲁棒跟踪控制。首先,建立了无人直升机的数学模型,建模过程中考虑未建模动态、模型简化误差、外界大气扰动以及燃油消耗导致的惯性参数摄动等多种不确定性来源。同时,将主旋翼一阶挥舞动态耦合进无人直升机6-DOF刚体动力学方程,建立了简洁且又反映无人直升机旋翼挥舞这一重要特征的等效模型。然后,基于ESO和自适应反步法设计了位置控制器、姿态控制器以及力矩控制器,其中利用自适应策略对无人直升机质量及惯性矩阵等慢变摄动参数进行估计,利用ESO对未建模动态及外界阵风等高频扰动进行观测,并通过前馈补偿实现对系统不确定性的综合抑制。最后,通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法比纯自适应反步法具有更高的不确性抑制效率和控制精度,能够实现无人直升机在多种不同类型扰动同时作用下轨迹的鲁棒跟踪控制。     

直接驱动H型平台鲁棒最优同步控制仿真研究

针对永磁直线同步电机直接驱动的H型运动平台存在双轴耦合、参数摄动及外部扰动等不确定因素,影响系统的同步控制精度和鲁棒性的问题,提出了一种基于H型运动平台耦合动力学模型的鲁棒最优同步控制方法.基于Euler-Lagrange方程,建立双轴耦合动力学模型;设计交叉耦合同步控制器,有效地将单轴跟踪误差与双轴同步误差及其变化率...     

基于RBF的机械手建模误差补偿自适应控制

针对机械手动力学建模误差,提出了基于RBF神经网络误差补偿的自适应控制策略。在基于逆动力学的计算力矩控制方法的基础上,对系统输入与目标轨迹进行修正,设计了两种误差补偿自适应控制器。利用RBF神经网络对修正项在线自学习,并根据Lyapunov稳定性理论建立了网络权重自适应学习律,保证了跟踪误差的收敛及系统的稳定。以平面转动双臂机械手轨迹跟踪为例进行仿真,结果表明该方法能够有效地补偿建模误差,提高了系统的控制性能并使控制系统具有对参数摄动的鲁棒性,对于机械手自适应控制具有一定的可行性。     

再入轨迹跟踪控制的非线性方法研究

针对高度变化大,速度变化快的可重复使用飞行器的再入轨迹跟踪问题,选用名为状态相关Riccati方程的一种新型非线性控制方法进行再入轨迹跟踪控制器设计.同时在几乎所有涉及Riccati方程的控制器设计问题中,合适的加权矩阵的选择通常是比较棘手的.针对这个问题,提出了一种有效的权阵选择方法,避免了试凑等传统方法带来的误差和工作量.随后给出了最优再入轨迹跟踪控制器的详细设计过程,并在一定的气动摄动条件下进行飞行仿真.仿真结果表明了这种方案的可行性,实用性和鲁棒性.     

基于观测器设计的移动小车自适应轨迹跟踪控制研究

提出了一种基于观测器设计的自适应轨迹跟踪控制算法，在无法准确测量移动机器人位姿的情况下，基于其完整动力学模型，实现机器人轨迹跟踪控制问题。方法考虑了实际参数的移动机器人完整动力学模型，将位姿观测器和自适应控制策略相结合，设计了一种移动机器人完整的自适应观测器轨迹跟踪控制策略。仿真结果表明该控制策略的正确性和有效性。     

基于MATLAB的非完整动力学系统跟踪控制的动态仿真

本文详细阐述了如何用MATLAB进行非完整动力学系统轨迹跟踪控制的仿真。基本思想是将MATLAB中的Simulink和S函数相结合构造了非完整动力学系统的模型模块和控制器模块,将它们搭成仿真模型,其中包含了难于处理的非完整约束问题。该模型清晰地表达了系统中所有变量之间的数学关系,仿真结果表明该模型的有效性和可行性。本文为非完整动力学系统跟踪控制的仿真提供了新的途径,对非完整系统的设计和优化有一定的参考意义。     

无人机自主精确着陆控制律设计及仿真研究

将无人机对理想着陆轨迹精确跟踪能力和抗干扰能力的要求分开考虑,从精确输出跟踪和鲁棒性两个角度综合自主着陆控制律.针对着陆过程中动态方程的非最小相位特性,利用在线稳定逆产生用于着陆轨迹精确跟踪的前馈输入和状态参考轨迹.将建模误差等不确定性和外干扰看成为广义干扰,利用一个构造性的非线性干扰观测器对其进行观测.在干扰观测器的基础上设计滑模控制器对状态参考轨迹跟踪的误差系统进行鲁棒镇定.仿真结果表明,设计的自主着陆控制律能精确跟踪理想着陆轨迹,并有很好的鲁棒性和抗干扰性.     

跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制

从受完整约束和非完整约束的腾空相到仅受完整约束的站立相,利用空间浮动基,分阶段建立了类人机器人非规则运动-跳跃运动通用动力学模型;基于Lynapunov方法设计自适应率,研究了跳跃机器人模糊自适应轨迹跟踪控制,保证跟踪收敛和闭环系统的渐进稳定。仿真研究表明,跳跃机器人通用动力学模型为空间机器人建模提供参考;模糊自适应与计算力矩混杂模型轨迹跟踪控制改善了系统自适应性,丰富了非规则运动的姿态控制和稳定性分析方法。     

振动二阶线性系统的鲁棒极点配置设计及其仿真分析

研究了振动二阶线性系统的鲁棒极点配置设计问题.基于矩阵方程参数化解提供的自由度,给出了能使闭环振动二阶线性系统具有希望极点的所有状态反馈控制律的参数化表达式.利用状太反馈控制律的参数化表达式,将衡量系统鲁棒性的误差指标参数化,从而鲁棒极点配置问题就转化为误差指标的最小化问题.给出了求解该振动二阶线性系统的鲁棒极点配置设计算法,该算法不包含"返回"过程,故便于工程应用.数值算例及其仿真结果表明该算法的简单及有效性.     

具有弱通讯的多智能体分布式自适应协同跟踪控制

针对具有弱通讯的高阶严反馈非线性多智能体系统,提出一种新颖的分布式自适应反演控制方法,并研究了该系统的协同跟踪控制问题。首先,以5个智能体作为被控对象,其中一个智能体以分布式结构组成“领航者-跟随者”编队模式,并且将领航者的运动速度作为整个编队系统的前行速度,其余智能体作为跟随者跟随领航者编队运动。其次,采用自适应反演方法,对系统中由于弱通讯导致的不确定参数进行自适应估计,并对系统设计补偿追踪控制律,使系统中的智能体能够实现自主跟踪时变的参考轨迹,最终以最优的轨迹避开障碍物,并保持期望队形运动。接着,根据Lyapunov稳定性理论,证明了所提方法的有效性。最后,通过仿真对比表明,所提方法能够使多智能体系统的横向、纵向跟踪误差以及参考轨迹的相对误差均实现快速收敛,并在跟踪过程中保持该系统渐近稳定。     

基于NTSM的航天器特征点凝视跟踪控制

针对航天器特征点凝视以及随动跟飞问题,提出了一种建立在目标特征点指向(feature point directing, FPD)坐标系下的相对运动动力学模型,并基于非奇异终端滑模方法(nonsingular terminal sliding mode, NTSM)实现了航天器的相对姿轨耦合控制。首先,以凝视跟踪的目标特征点为原点,跟踪指向轴为主轴,建立了FPD坐标系下的特征点相对运动模型,该模型在控制过程中可以保持特征点相对运动期望状态稳定不变,从而降低了末端约束的处理难度。其次,基于NTSM方法设计了一种有限时间控制律,并对其稳定性和滑模到达时间进行了分析,理论证明了该控制律满足Lyapunov稳定性条件,且系统能在有限时间内迅速收敛到平衡状态。最后,仿真结果表明FPD坐标系下的特征点相对运动模型以及NTSM控制律在求解特征点凝视跟踪问题上具有良好的性能和普适性,研究成果对空间在轨维护、空间操控以及深空小天体悬停着陆等具有一定的理论参考价值。     

Leader-following coordination of multi-agent systems with information feedback

Based on the strategy of information feedback from followers to the leader, flocking control of a group of agents with a leader is studied. The leader tracks a pre-defined trajectory and at the same time the leader uses the feedback information from followers to the leader to modify its motion. The advantage of this control scheme is that it reduces the tracking errors and improves the robustness of the team cohesion to followers’ faults. The results of simulation are provided to illustrate that information feedback can improve the performance of the system.     

一种Backstepping模型参考鲁棒飞行控制律的设计

提出了一种Backstepping模型参考鲁棒飞行控制律的设计方法。方法的主要特征是：在仅需要输入输出信号的情况下，即使系统参数未知且存在未建模动态和非线性因素干扰，系统仍能保证较强的鲁棒性，获得良好的跟踪效果。具体给出了飞机纵向通道短周期控制的设计方案，同时讨论了其他复杂模态下该方案的扩展方法。对上述方案的数值仿真显示了该方法良好的跟踪性能。     

Time-Variant Consensus Tracking Control for Networked Planar Multi-Agent Systems with Non-Holonomic Constraints

A time-variant consensus tracking control problem for networked planar multi-agent systems with non-holonomic constraints is investigated in this paper. In the time-variant consensus tracking problem, a leader agent is expected to track a desired reference input, simultaneously, follower agents are expected to maintain a time-variant formation. To solve the time-variant consensus tracking problem of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints, a time-variant consensus tracking control strategy is designed on the basis of an unidirectional topology structure. One of main contributions of this paper is the time-variant consensus tracking protocol for general time-variant formations of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints, the other main contribution of this paper is an active predictive control strategy, where predictions of agents are generated actively, so that the computational efficiency is improved than passive approaches. The proposed control strategy is verified by two types of time-varying formations of wheeled mobile robots, and the experimental results show that the proposed control strategy is effective for general time-variant consensus tracking problems of planar multi-agent systems with non-holonomic constraints in local and worldwide networked environments.     

考虑时延的多Euler-Lagrange系统自适应神经网络协调跟踪控制

考虑存在通讯时延,在有向通讯拓扑结构下研究多Euler-Lagrange系统的协调跟踪控制问题。仅有部分跟随者可以获得静态领航者信息。对每一个跟随者设计了一种分布式观测器,以获得领航者的状态量。针对系统模型具有非线性不确定性和外部扰动情况,基于神经网络方法提出了两种分布式自适应协调控制律,分别使每一个跟随者对领航者的跟踪误差最终有界和渐近收敛到零。运用Lyapunov稳定性理论对两种控制律的稳定性进行了证明。数值仿真验证了本文提出的控制律的有效性。     

Observer-based event-triggered tracking control of leader-follower systems with time delay

This paper studies the tracking control of general linear multi-agent systems with or without time delays. The observer-based event-triggered control schemes will be considered. For the conventional distributed tracking protocol, the authors will not update the relative state in continuous time, i.e., the relative state will be updated by some events which happened in discrete time. A completely decentralized event-trigger will be designed for leader-follower systems. It is shown that all followers can track the leader asymptotically by the proposed protocol, if the feedback gain matrices are designed appropriately. Numerical simulations are also provided and the results show highly consistent with the theoretical results.     

软管式自主空中加油飞行控制系统与仿真研究

基于参考观测器的全状态反馈控制方法设计了受油机飞行控制系统,建立了软管式自主空中加油仿真系统,并进行了仿真验证。根据生成的受油机参考跟踪、对接轨迹,通过输出跟踪观测器在线估算前馈控制信号和参考状态量,设计全状态反馈控制器精确跟踪参考状态,解决了受油插头难以近距离跟踪加油锥套并实现精确对接的问题。以某型UCAV为例,设计了基于全状态反馈控制的自主空中加油仿真系统并进行了数字仿真。仿真结果表明,在四种强度阵风干扰下,设计的空中加油仿真系统能实现精确的双机加油设备跟踪与对接,具有良好的动态性能与鲁棒性能。     

Homogeneous Finite-Time Consensus Control for Higher-Order Multi-Agent Systems by Full Order Sliding Mode

This paper investigates the distributed finite-time consensus tracking problem for higher-order nonlinear multi-agent systems (MAS_s). The distributed finite-time consensus protocol is based on full order sliding surface and super twisting algorithm. The nominal consensus control for the MASs is designed based on the geometric homogeneous finite time control technique. The chattering is avoided by designing a full order sliding surface. The switching control is constructed by integrating super twisting algorithm, hence a chattering alleviation protocol is obtained to maintain a smooth control input. The finite time convergence analysis for the leader follower network is presented by using strict Lyapunov function. Finally, the numerical simulations validate the proposed homogeneous full-order sliding mode control for higher-order MAS_s.