无人机跟踪地面非合作目标的分段引导与控制方法

针对固定翼无人机跟踪地面非合作目标问题,设计了一种产生期望航向角的分段引导律和无人机转向控制律.建立了问题的求解模型,分析了无人机跟踪地面非合作目标的两种情形:避免暴露和最小化暴露时间.证明了设计的引导律和控制律可以在安全状态下控制无人机避免暴露,在暴露状态下控制无人机最小化暴露时间.理论分析和仿真实验结果表明,设计的引导律和控制律能够控制无人机有效的跟踪地面非合作目标.     

基于Lyapunov导航向量场的无人机协同跟踪地面目标

针对多架无人机协同跟踪一个地面移动目标进行研究.通过基于Lyapunov导航向量场的航向控制使各架无人机收敛到位于目标上空的极限环,绕目标展开跟踪.进一步通过相位控制,使各架无人机均匀分布在极限环上,对目标进行协同跟踪.以3架无人机协同跟踪沿S型公路匀速前行的地面目标进行仿真.结果表明该方法能使无人机成功地完成协同跟踪任务.     

基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统

针对四旋翼无人机跟拍过程中视角固定,易丢失目标的问题,设计了一种基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统。首先,使用云台相机对地面移动目标进行拍摄,通过对目标的颜色特征和形状特征进行检测识别,使用核相关滤波( KCF: Kernel Correlation Filter) 方法进行视觉跟踪,得到地面移动目标在图像坐标系的位置。然后,通过建立针孔模型,解算出在云台相机带有俯仰角时的无人机与地面目标的相对位置关系。最后,设计了离散串级比例-积分-微分( PID: Proportion-Integral-Differential) 踪控制器,实现对无人机的位移控制,使四旋翼无人机可对地面移动目标进行稳定跟踪。同时设计了串级比例-微分( PD: Proportion-Differential) 控制器以实现云台相机的视角跟踪,增大了无人机的跟踪范围,降低了丢失目标的风险。实验结果表明,所设计的四旋翼无人机跟踪控制系统可实现对地面移动目标的稳定跟踪。     

无人机纵向控制律设计以及纵向轨迹跟踪仿真研究

利用经典PID理论设计无人机纵向双通道控制律,用以跟踪能量状态法优化出的无人机纵向最优轨迹。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动。再利用经典PID理论对无人机纵向运动的俯仰回路和推力回路进行控制律设计。然后通过能量状态法优化出一条无人机纵向爬升、巡航和下降的最优轨迹。最后,用MATLAB进行轨迹跟踪仿真计算。仿真结果表明,设计出的控制律可以很好的跟踪优化出的最优轨迹,并且节油效果良好。     

小型涵道风扇无人机自适应解耦控制律设计

为解决小型涵道风扇式无人机俯仰通道和滚转通道之间的惯性耦合问题,采用简单自适应控制(simple a-daptive control,SAC)方法对无人机姿态角速度控制回路设计模型参考自适应控制器,使该控制回路在受到不确定扰动和参数摄动的影响下,仍能稳定跟随参考模型输出;同时对所构造参考模型进行串联前馈解耦,以使无人机跟随参考模型同步解耦,进而实现对无人机姿态角速度和自身姿态角的有效控制.仿真结果显示,该控制律能使无人机姿态稳定跟踪参考模型输出,并且有效抑制了被控对象参数摄动带来的不利影响,控制系统具有较强的自适应性和鲁棒性.     

基于主-辅控制架构的无人机鲁棒飞行控制律设计

无人机在实际飞行中易受到扰动与系统未建模动态等不确定性因素的影响.为此,文中提出了一种新的鲁棒飞行控制律设计方法.该方法以主-辅控制器为基本架构,主控制器采用鲁棒伺服线性二次型调节(LQR)法构造,以提供基本指令跟踪控制输入;以加入主控制器后的理想闭环系统为参考模型,基于鲁棒模型参考自适应算法设计辅控制器,以抑制扰动和未建模动态对飞行控制系统的影响.理论分析表明,该控制律能够保证闭环飞行控制系统在存在有界扰动与未建模动态情况下稳定且跟踪误差有界.非线性对比仿真验证了控制系统对各种形式扰动的抑制作用,说明了该控制系统的有效性与鲁棒性.     

基于新型趋近律和扰动观测器的永磁同步电机滑模控制

为了提高永磁同步电机的转速控制性能,克服扰动对伺服控制的影响,提出了一种基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法.设计了一种新型趋近律,以解决传统趋近律滑模面趋近时间和系统抖振之间的矛盾,提高系统响应快速性.综合考虑系统存在内部参数摄动和外部负载扰动,设计了滑模扰动观测器,并将观测值前馈补偿到速度控制器输出端;将观测器切换增益设计为扰动观测误差的函数,以削弱滑模观测值抖振.仿真结果显示,与传统趋近律相比,采用新型趋近律可有效提高系统的响应速度,快速准确的跟踪速度阶跃信号;滑模观测器可准确的观测系统扰动的变化;当系统加入负载扰动时,PI控制最大转速波动值为75 r·min-1,而基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制最大转速波动值较小为30 r·min-1,鲁棒性更好.实验结果显示,采用基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以快速跟踪400 r·min-1的速度指令,调节时间为0.12 s,稳态跟踪误差为±4 r·min-1,且转速无超调;滑模观测器可准确无超调的估计系统扰动值,进一步提高系统的抗扰动性能;当电机以400 r·min-1稳速运行时,加入0.6 N·m的负载扰动,基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法最大转速波动为23 r·min-1,与PI控制相比,转速波动减小了8%.上述仿真和实验结果具有较好的一致性,表明基于新型趋近律和扰动观测器的滑模控制方法可以有效抑制滑模控制系统的抖振,提高转速控制系统的鲁棒性和动态响应性能.     

基于趋近律滑模的四旋翼飞行器姿态控制

针对存在扰动因素影响下的四旋翼飞行器姿态控制问题,设计一种基于趋近律滑模的四旋翼飞行器姿态控制器.首先,通过对螺旋桨的受力分析建立四旋翼飞行器的动力学系统模型.然后,为了实现系统姿态的稳定跟踪控制,采用趋近律滑模控制方法设计控制器,同时应用Lyapunov稳定性分析方法对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,通过数值仿真验证了所设计控制方法的有效性.     

基于L1自适应控制律的无人机滚转控制

在飞行器参数变化时,L1自适应控制相对于传统比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法具有理想的控制效果.针对某型存在参数不确定性的无人机,建立了无人机横侧向动力学模型,在对L1自适应控制理论进行研究的基础上,分别设计了L1自适应控制律和比例微分(proportional derivative,PD)控制律,通过算例仿真,对比分析了这两种控制律对无人机滚转角的控制效果.结果表明,L1自适应控制律具有良好的抗飞行器参数变化能力,鲁棒性强,对无人机飞行控制系统设计具有重要的参考价值.     

两无人机远视角和近视角协同跟踪地面目标的航线仿真

目前大多数无人机(UAV)跟踪地面目标都利用单个UAV进行跟踪,现研究采用两个UAV对地面目标进行跟踪.每一个UAV都有各自的指引规则,近距离跟踪UAV的指引规则要求持续在目标上方飞行,有最佳的飞行耐久性.远距离跟踪UAV的指引规则要求对目标有固定的距离和高度,能够反复监视,保证对地面目标最大的可视性.由于设定两个UAV处于较大间距的不同高度,两UAV发生碰撞的可能性非常小.仿真实验利用有明显标志的汽车作为跟踪目标,背景环境较为单一,两UAV的航线表明,在有风和无风、目标静止和运动的情况下,其航线均有一定规律可循,从跟踪效果看,两UAV取得了明显的协同效果.