机器人轨迹跟踪连续预测控制

针对能够描述机械手动态特性的一类特殊仿射非线性系统 ,提出了一种非线性连续预测控制器。其预测模型通过对系统状态泰勒级数展开并做适当的截尾处理获得。此外 ,证明了非线性连续预测控制器的渐近跟踪特性 ,并给出了一种改进的预测控制方案。将非线性连续预测控制器应用于二自由度机械手轨迹跟踪控制。仿真结果证明了该控制器的有效性     

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。     

基于解耦控制的SCARA机器人轨迹跟踪控制器设计

SCARA型机器人的控制问题由于其动力学模型中没有重力矩项的作用而得以简化,由于在实际应用中经常要求其高速运动,则对具有强耦合的哥氏力与向心力的控制就成为制约其系统性能的重要问题。提出通过线性变换对机器人系统解耦,将高阶系统转化为解耦的低阶系统进行控制的方法,并且应用极点配置对解耦的系统求解机器人控制器。该方法无需测量关节速度和加速度,只需要测量关节位置信号。所提出的控制器既能保证闭环系统全局渐进稳定,又能通过对线性化系统闭环极点的配置来获得期望的闭环系统响应性能。仿真实验证明了所提出的控制器设计方法的可行性。     

面向跟踪任务需求的主动传感器调度方法

以多传感器多目标跟踪为背景,针对跟踪任务需求中辐射风险控制问题,提出一种面向跟踪任务需求的主动传感器调度方法。该方法首先结合不敏卡尔曼滤波,给出了仅考虑跟踪任务需求的传感器调度策略;然后建立基于部分可观马尔可夫决策过程的辐射模型,并采用隐马尔可夫模型滤波器动态更新传感器辐射;最后考虑跟踪任务需求和传感器约束,将辐射风险控制下传感器调度问题转化为非线性约束下寻优问题。仿真实验结果验证了所提方法有效性。     

面向任务的复杂系统韧性评估方法

随着战争形态加速向体系化、网络化、智能化转变,对军事系统韧性能力提出了更高的要求.在分析系统任务与韧性评估关系的基础上,提出一种面向任务的系统韧性评估方法.该方法首先给出一种面向任务的韧性评估框架.其次,在绝对时间尺度下考虑系统性能在任务过程中所受影响,并通过引入时间韧性指标,从时间韧性和性能韧性两个维度对系统的综合韧...     

无人机集群对地作战任务可靠性评估

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)集群执行对地攻击任务可靠性评估问题,考虑实际作战环境和任务规划,建立了一种适用于具体任务过程的可靠性评估方法。首先,建立了UAV集群作战的时态异构网络模型,用时态打击链模拟UAV集群任务规划和协同作战过程。然后,基于连续时间马尔可夫链(continuous-time Markov chain, CTMC)建立了UAV集群在威胁区域飞行的生存概率模型。进而,综合UAV集群的作战能力和生存概率,提出了任务可靠性评估方法。最后,通过实例分析,验证了该模型的实用性和合理性。该模型考虑到各方面影响战果的因素,贴合实际,为UAV集群任务可靠性评估和决策提供了参考。     

面向任务流程的装备体系完成任务概率仿真评估方法

为了解决传统可靠性建模方法无法刻画装备体系复杂性及对装备体系完成任务概率进行准确评估等问题,提出了一种面向任务流程的装备体系完成任务概率离散事件仿真评估方法。该评估方法中,采用过程流网方法对装备体系任务流程进行建模,并对过程流网扩展了时间和资源等元素,引入活动影响因子,梳理子任务及活动间逻辑关系。采用离散事件仿真方法建立装备体系完成任务概率仿真评估模型,生成实体执行仿真过程,将进入导致任务成功的端点的实体数量与生成的所有实体总量的比记为完成任务概率,设置仿真时钟记录实体执行每项活动的时间,求平均值记为任务平均时间。最后,以某典型陆军作战体系为例,说明所提出方法的可行性。     

面向任务的备件保障评估通用模型研究

多级备件库存是装备普遍保障模式,针对任务期备件需求处于动态变化的特点,在综合考虑备件报废、维修、运输等因素下,提出了面向任务的任意保障等级备件时变可用度模型。首先,分析了备件维修运输供应渠道;其次,结合动态帕尔母定理,对可修复备件多级控制技术理论进行扩展,构建备件动态维修运输供应模型;最后,根据供应渠道概率分布类型,建立装备时变可用度模型。同时,通过案例分析了装备可用度随时间变化规律,且案例结果与验证模型结果基本一致,模型可为保障决策者制定任务期备件方案提供参考。     

机器人/视觉系统非标定的平面运动跟踪

研究机器人与未标定关系的视觉传感系统之间的协调控制策略,其中目标运动及机器人跟踪运动均限定在二维工作平面。摄像机固定在工作区域中,它与机器人坐标系和工作平面之间的关系未知。机器人运动由摄像机观察到的上一控制周期中规划的手运动及目标当前位置决定,机器人与视觉系统之间的协调与它们两者之间的标定关系无关。文末的仿真显示了这一方法的有效性。     

面向任务的装备保障体系多Agent建模与评估方法

随着战争形态向着体系化、智能化转变, 装备保障体系有了新挑战。同时, 动态变化的战场环境要求装备体系要适应战场态势, 动态支撑作战任务。目前, 装备保障体系建模研究存在与作战任务联系不紧密、与装备体系不匹配, 不能充分体现装备保障体系自主性等问题。首先, 基于多Agent方法, 从结构和流程两个方面对装备保障体系的任务层、基地层、装备层建模, 重点考虑保障任务中时间和空间约束问题; 其次, 提出面向任务的装备保障体系评价指标, 构建指标模型; 最后, 通过对典型作战任务对应保障活动进行仿真, 验证模型的合理性和有效性, 并完成装备保障体系的效能评估。本研究可为装备保障体系结构优化、流程设计等工作提供参考。     

空间电磁对接轨迹跟踪的自适应控制

面向在轨服务的空间电磁对接技术能克服传统基于推力器对接所固有的不足,应用前景广阔。航天器对接是一个相对距离逐渐减小的过程,应用于控制器设计的解析远场电磁力模型具有强非线性,且模型误差随相对距离的减小而逐渐增大。基于Lyapunov稳定性理论开展空间电磁对接轨迹跟踪控制器的自适应设计,通过控制参数在线修正以消除模型的不确定性以及外界干扰的影响;开展控制参数整定分析,证明了自适应控制策略的渐近稳定性。理论分析及仿真结果表明,空间电磁对接的自适应控制策略是可行的,并且具有渐近稳定性。     

再入机动飞行器最优轨迹设计与跟踪

提出了一种再入机动飞行器（maneuvering reentry vehicle, MRV）的最优制导与控制方案。针对MRV再入机动轨迹优化问题,提出了新的基于Gauss伪谱优化方法的分段优化策略;由产生的最优参考轨迹,生成系统的外环最优制导指令。接着利用轨迹线性化控制（trajectory linearization control, TLC）方法设计系统的内环控制律。基于MRV完整的非线性六自由度模型,仿真表明提出的再入轨迹优化设计方法是有效的,而且内环TLC控制器可以准确地跟踪外环的最优制导指令和最优轨迹,并对系统未建模特性和参数不确定性具有一定的鲁棒性能。     

基于MPC的无人机航迹跟踪控制器设计

针对固定翼无人机航迹跟踪问题,采用基于状态扩展的双反馈模型预测控制理论对控制器进行设计.首先推导基于侧向偏差的无人机侧向航迹跟踪模型,采用动态逆方法对模型进行线性化处理,在此基础上设计基于状态扩展的双反馈模型预测控制器,并采用量子粒子群优化(quantum particle swarm optimization,QPS...     

飞行器自适应反推Terminal滑模轨迹跟踪控制

飞行器非线性动力学模型通常包含由未知外界干扰和未建模动态构成的非匹配不确定性。针对建立的飞行器纵向运动仿射非线性模型,提出了一种基于非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)的自适应反推非奇异终端滑模(adaptive backstepping nonsingular terminal sliding mode,AB-NTSM)轨迹跟踪控制方法。设计非线性干扰观测器对未知干扰进行观测补偿,无需干扰上界先验知识。设计未建模动态自适应律,提高控制器对系统不确定性的鲁棒性。对3种不同情况的仿真表明,干扰观测器能够实现对不同干扰精确观测,仅在干扰突变时有较大观测误差。在不确定性影响下,采用提出的控制方法,系统能够实现对指定轨迹的稳定跟踪,并有效消除控制信号的抖振。     

基于积分反步法的四旋翼滑模轨迹跟踪算法

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程易受外界未知干扰而引起跟踪误差的问题,设计了基于积分反步法的滑模位置控制器。在该控制系统中,位置回路采用滑模积分反步法(sliding mode integral backstepping, IBS-SMC)非线性控制方法,姿态回路采用经典比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制方法。通过仿真对PID、线性二次型调节器、IBS-SMC进行了比较。仿真结果表明与传统方法相比,IBS-SMC法具有更好的抗干扰能力与控制精度。最后通过飞行实验,检验了控制算法可行性。实验结果表明,所设计的IBS-SMC是一种符合工程实际的控制方法。     

高可靠性再入轨迹快速规划方法

提出一种高可靠性再入参考轨迹快速规划方法。在参考轨迹生成过程中,如果飞行路径角变化率不足够小,拟平衡滑翔条件(quasi equilibrium glide condition, QEGC)的应用前提得不到保证,利用QEGC所得的倾斜角剖面不保守,从而导致生成的参考轨迹有穿越再入走廊的风险。为得到高可靠性再入轨迹,在倾斜角搜索过程中,除了使再入参考轨迹满足路径约束与终端约束外,同时将QEGC的应用前提“飞行路径角及其变化率为小量”作为倾斜角搜索的一项约束。计算结果表明所提方法能够保证再入轨迹的可靠性,同时基于QEGC规划方法的适应性得到保留。     

基于ESO的欠驱动四旋翼飞行器轨迹鲁棒控制

针对欠驱动四旋翼无人飞行器的系统特性,为解决传统四旋翼飞行控制方法中存在的弱点,如系统状态变量间相互有较大耦合、控制效果易受建模误差的影响及抵御外界干扰能力较弱等弱点,设计一种基于扩张状态观测器(extended state observer, ESO)的轨迹跟踪算法,由ESO实现对系统复合干扰的估计,并在控制律中对复合干扰进行实时补偿。由于ESO只需要测量系统输出即可实现对复合干扰的精确估计,因此在实际系统中易于实现,为验证所提算法,进行两种不同情况下的仿真研究,分别为矩形轨迹跟踪和圆形轨迹跟踪,仿真结果验证了所提算法的可行性。     

Stabilization and trajectory tracking of autonomous airship's planar motion

The stabilization and trajectory tracking problems of autonomous airship＇s planar motion are studied. By defining novel configuration error and velocity error, the dynamics of error systems are derived. By applying Lyapunov stability method, the state feedback control laws are designed and the close-loop error systems are proved to be uniformly asymptotically stable by Matrosov theorem. In particular, the controller does not need knowledge on system parameters in the case of set-point stabilization, which makes the controller robust with respect to parameter uncertainty. Numerical simulations illustrate the effectiveness of the controller designed.     

未知扰动下自主水面船自适应有限时间轨迹跟踪

研究了未知干扰下的自主水面船(autonomous surface vehicle, ASV)的轨迹跟踪问题,并提出了基于一种有限时间理论的自适应控制策略。首先,基于反演法将控制系统分为运动学回路和动力学回路两部分;在运动学回路,提出关于跟踪误差的快速终端滑模面(fast terminal sliding surface, FTSS),为实现跟踪误差在有限时间达到FTSS,设计了ASV速度的辅助控制律;在动力学回路,以速度辅助控制律为ASV速度的跟踪目标设计关于速度跟踪误差的FTSS,同时考虑外界干扰,设计了包含鲁棒项的自适应控制律,使得速度跟踪误差在有限时间内收敛于动力学回路FTSS附近的邻域;最后,基于船模的仿真实验证明了所设计控制策略的有效性。