多关节机器人的全局快速终端模糊滑模控制

针对多关节机械臂轨迹跟踪控制,提出了一种全局快速终端模糊滑模控制方法.该方法根据滑模控制原理,采用模糊控制调节滑模控制的切换增益,并利用积分的方法自动对系统的建模误差和干扰的上界进行评估,实现了对建模误差和干扰的自动跟踪,削弱了抖振.文中利用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性,仿真结果表明了其有效性.     

基于积分滑模面的飞机姿态模糊滑模控制

飞机姿态控制是一个非线性、强耦合、多输入多输出的复杂系统.为了提高一般滑模控制的控制精度,通过反馈线性化方法对飞机姿态非线性动力学模型进行线性化处理,在此基础土设计了一种基于积分滑模面的滑模控制方法.为了减弱积分滑模控制的抖振,利用模糊推理根据滑模面的变化情况自适应调整滑模切换控制部分,从而达到减弱抖振的目的.采用Lyapunov原理-明了系统的稳定性.仿真实验表明了所提方法的有效性.     

基于RPPP的无人机自主着舰关键技术研究

在有风浪的复杂海况下，需要自主着舰的无人机与舰船两者相对运动带有极大不确定性，为了提高无人机着舰时相对定位以及控制的精度，确保无人机着舰时的安全性与可靠性，提出一种通过差分对流层误差的相对精密单点定位技术(relative precise point position, RPPP)。该技术仅依靠数据链和载波型卫星定位接收机，消除相同环境下卫星定位相同误差，获得精确相对定位。将比例导引与LQR(linear quadratic regulator)控制器相结合，解决了无人机着舰入射角偏差较大的问题，提高了无人机着舰末段高程方向及入射角度的控制精度。对无人机着舰轨迹进行规划，建立无人机着舰的运动模型，设计无人机着舰横向和纵向的控制律，搭建无人机自主着舰的仿真平台。仿真结果表明，采用上述算法着舰误差控制在0.2 m以下，入射角偏差在10^-3量级，可满足无人机着舰要求。     

抗不确定性干扰的横侧向姿态控制技术研究

无人机由于自身因素和复杂飞行环境的影响,横侧向左右两边受力和力矩容易出现不平衡的现象,从而导致横侧向控制系统控制性能变差,威胁无人机飞行安全。针对这一问题,提出了抗不确定性干扰的横侧向姿态控制回路控制结构,并制订了自动配平控制策略,以削弱积分环节,防止积分饱和,确保控制系统控制性能良好。仿真验证结果表明,抗不确定干扰的横侧向姿态控制回路控制性能良好,自动配平控制策略能有效发挥作用。     

起竖系统建模及动态面自适应滑模控制

针对起竖系统存在非线性特性、参数不确定性以及环境干扰等问题,在起竖系统的起竖控制过程中,提出了一种动态面自适应滑模的控制策略。建立了起竖系统的非线性数学模型,在滑模控制器设计中,引入动态面控制,利用一阶积分滤波器来计算虚拟控制项的导数,使控制器设计简单,加入自适应控制算法,实现对不确定参数的在线估计,消除系统的不确定性,并给出了控制律和自适应律。仿真结果表明,与比例积分微分控制和一般滑模控制相比,所提控制方法有较强的鲁棒性和良好的跟踪性能,提高了起竖过程的稳定性。     

增益调度积分型切换项滑模控制器设计

针对一类不确定离散系统,提出了一种增益调度积分型滑模控制器,并分析其鲁棒H_∞性能。首先,通过状态扩维,得到含有输出误差积分项的离散模型,并利用理想滑模运动性质得出滑模等效控制律,利用输出误差积分项设计增益调度滑模补偿控制律。然后,将滑模闭环控制系统等效为切换系统,基于切换系统相关理论推导了滑模控制参数与闭环控制系统的二次稳定性、鲁棒H_∞性能指标的关系。最后,通过对不确定项和非线性项的处理得到线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI),再求解该不等式,得出满足控制性能要求的滑模控制参数。仿真实验中分析了控制算法的暂态性能和扰动抑制能力,证明了该方法的有效性。     

高机动导弹非线性自动驾驶仪动态面控制

提出了高机动非线性导弹自动驾驶仪的动态面控制器设计方法,该方法基于光滑二阶动态滑模,所设计的虚拟控制足够光滑,在利用反步法设计内环控制器时不需要进行积分滤波,克服了反步法所带来的项数膨胀问题.二阶动态滑模控制器能够对非匹配不确定性或未建模动态进行补偿,并且比传统滑模有更高的跟踪精度.在考虑了系统不确定性和外部干扰的情况下,仿真结果显示所设计的控制器有较强的鲁棒性和控制精度.     

积分补偿的滑模控制器设计方法

对于一类具有不确定性扰动的非线性系统,提出了一种积分补偿的滑模控制器设计方法。为消除抖动现象,在切换面的邻近设置一边界层,在边界层外部,采用滑模控制方法驱动系统状态进入边界层。在边界层内部,在传统连续控制的基础上,引入积分补偿作用,以改善系统的稳态性能。对控制系统的稳定性进行了分析,并以倒立摆为对象进行了仿真验证,结果表明该控制方法是有效的。     

QTR无人机垂直起降模态分数阶滑模姿态控制

针对存在复合干扰的四倾转旋翼(quad tilt rotor,QTR)无人机姿态控制问题,提出了一种结合分数阶理论、滑模变结构控制理论、新型趋近律及super twisting二阶滑模干扰观测器的分数阶滑模控制方法。首先,利用分数阶微积分算子的信息记忆和遗忘特性,把分数阶微积分理论引入滑模控制方法中,设计了分数阶比例微分积分滑模面。其次,针对传统趋近律收敛时间长、速度慢、抖震严重等不足,提出了一种具有二阶滑模特性的新型快速趋近律。最后,考虑到复合干扰的存在,采用super twisting滑模干扰观测器在线对复合干扰进行估计和补偿。通过与传统整数阶滑模控制和动态逆PID控制进行比较,仿真实验结果表明,所提控制方案具有良好的控制性能。     

基于超扭曲算法的无人机动态逆编队控制器设计

针对扰动条件下的无人机编队飞行控制系统,研究了一种将非线性动态逆（nonlinear dynamic inversion, NDI）理论与超扭曲算法相结合的非线性编队控制方法。以其中一架僚机的编队控制器设计为例,在无人机质心动力学和运动学模型的基础上,建立了基于偏差的编队控制系统,从而将编队控制问题转化为僚机的路径跟踪问题;在二阶滑模控制中超扭曲算法的基础上,设计了僚机的NDI控编队控制器,以消除滑模算法中存在的抖振现象,并实现对位置指令的跟踪及干扰的抑制。最后以3架编队无人机构成的编队飞行控制系统为例,对此方法进行了数学仿真,仿真结果表明基于该方法的编队控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制

以固定翼小型无人机的自主着陆控制为研究背景,提出了一种基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制方法。该方法首先在分析固定翼飞行器着陆段运动特性的基础上,将着陆阶段的控制解耦为对飞行器的横向控制和纵向控制,然后以跑道线作为特征,计算其稀疏直线光流场,并结合摄像机模型以及光流场和速度场之间的关系,用跑道线的水平流作为系统反馈,设计控制系统。最后在Simulink环境下搭建动态仿真系统,仿真结果表明,使用本文方法可以有效实现飞行器的自主着陆控制。     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

飞翼无人机地面滑跑建模与航向控制

无人机在地面滑跑阶段的运动特性与空中飞行阶段不同,建立无人机在这一阶段的数学模型,对进一步研究实现无人机安全的自动起降有重要意义。以飞翼布局无人机为研究对象,对其进行详细的受力分析,建立了地面滑跑阶段的非线性数学模型;采用主轮不对称刹车与阻力方向舵协调控制的方案进行无人机滑跑时的航向控制,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真,由仿真结果表明模型可用。     

基于视觉的无人机着陆半物理仿真系统的应用

针对无人机视觉着陆相关方法、算法验证困难的问题,提出了一种基于Windows平台下采用图形建模语言、实时扩展技术以及虚拟现实技术,实现基于视觉的无人机着陆半物理仿真验证的方法。利用该方法构建的半物理实时仿真平台能够验证无人机视觉着陆相关方法、算法的正确性、可行性,及时暴露缺陷,为基于视觉的无人机着陆相关方法、算法提供有效验证途径和技术手段,并为今后无人机视觉着陆方法逐步工程化提供必要的技术支撑。     

基于气浮台的交会对接相对姿态和位置控制

基于交会对接地面物理仿真系统对卫星交会对接中相对姿态和位置的控制问题进行研究,根据地面物理仿真系统的结构推导出描述系统姿态和位置运动的耦合六自由度动力学模型;基于此模型,在存在外部扰动的情况下,采用自适应快速非奇异终端滑模控制思想设计一种能够克服传统终端滑模控制奇异问题的鲁棒有限时间控制器。通过李雅普诺夫理论推导和仿真分析表明,该控制器在保证系统的有限时间稳定性和收敛性的同时能有效地抑制外部扰动。     

基于NDO的飞机轨迹跟踪抗干扰控制律设计

针对飞机纵向欠驱动耦合动力学模型设计鲁棒轨迹跟踪滑模控制律。首先,通过引入虚拟状态变量进行状态变换实现模型控制解耦。其次,考虑由系统建模误差和大气干扰组成的复合不确定性,设计非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)进行观测补偿。然后,建立飞机极短距起降中攻角变化轨迹曲线,设计滑模控制律实现对虚拟状态变量和攻角轨迹指令的稳定跟踪。仿真结果表明,NDO可以实现对系统不确定性的精确观测和补偿,滑模控制律具有对系统建模误差和大气风切变的鲁棒性和抗干扰性。     

A Second-Order Sliding Mode Controller of Quad-Rotor UAV Based on PID Sliding Mode Surface with Unbalanced Load

Quad-rotor unmanned aerial vehicle(UAV) is a typical multiple-input-multiple-output underactuated system with couplings and nonlinearity. Usually, the flying environment is very complex,so that it is impossible for the UAV to avoid effects derived from disturbances and uncertainties. In order to improve the reliability of flight control, we established the dynamic model of quad-rotor UAV by Newton-Euler equation in unbalanced load conditions. Considering external disturbances in the attitude, a second-order sliding mode controller was designed with PID sliding mode surface and Extended State Observer(ESO). The simulation experiments have got good control performance,illustrating the effectiveness of our controller. Meanwhile, the controller was implemented in a quadrotor UAV, which carried a pan-tilt camera for aerial photography. The actual flight experiments proved that this paper dealt with the high stabilization flight control problem for the quad-rotor UAV,which laid a good foundation for autonomous flight of the UAV.     

时敏制导炸弹离散自适应滑模BTT自动驾驶仪设计

为提高航空时敏制导炸弹控制系统的鲁棒性能,增强其大空域作战能力,将参数估计与离散滑模控制相结合,提出了一种适用于航空时敏制导炸弹倾斜转弯(bank-to-turn,BTT)自动驾驶仪的离散自适应滑模设计方法。建立了包含参数摄动项的BTT控制仿射模型,针对弹体气动对称与交叉耦合等特性,利用反馈线性化方法实现了原系统的解耦控制,并得到了参数化的离散滑模控制律;基于Lyapunov稳定性理论设计了控制器参数的自适应规律,有效克服了各动力学系数偏差引起的不确定扰动。仿真结果表明,所设计的离散自适应滑模BTT控制系统实现了各通道的解耦控制,能有效解决含有较大程度气动不确定性时炸弹的指令跟踪控制问题,并且消除了常规滑模控制的抖振现象。     

A Composite Adaptive Fault-Tolerant Attitude Control for a Quadrotor UAV with Multiple Uncertainties

In this paper, a composite adaptive fault-tolerant control strategy is proposed for a quadrotor unmanned aerial vehicle(UAV) to simultaneously compensate actuator faults, model uncertainties and external disturbances. By assuming knowledge of the bounds on external disturbances, a baseline sliding mode control is first designed to achieve the desired system tracking performance and retain insensitive to disturbances. Then, regarding actuator faults and model uncertainties of the quadrotor UAV, n...