基于四元数的四旋翼无人飞行器轨迹跟踪控制

四旋翼无人飞行器具有复杂的数学模型,但现有控制方法大多是基于系统简化模型提出的. 为此,该文分析了这类方法的局限性,并基于原始数学模型研究了非线性轨迹跟踪控制问题. 通过期望轨迹建立跟踪误差模型,将其分解为两个相互独立的子系统,并以刚体旋转的四元数为系统状态对姿态子系统进行描述. 利用backstepping 方法设计时变反馈控制律使其子系统指数稳定. 根据级联系统的全局稳定性判据,通过研究耦合部分的性质证明系统的全局指数稳定性. 仿真结果表明,该方法能够实现四旋翼无人飞行器对期望轨迹的跟踪.     

基于改进PSO算法的四旋翼飞行器飞控系统PID参数整定

针对四旋翼飞行器飞控系统中存在PID控制器参数难以整定的问题,提出一种改进的粒子群算法,应用于PID参数的整定优化中.为了让粒子群在算法早期拥有较强的全局搜索能力,在算法后期拥有较强的局部开发能力和较快的收敛速度,该改进算法采用了一种可使惯性权重非线性下降的调整策略;同时,算法融合了遗传算子,进一步加快了收敛速度,避免算法陷入局部最优.将该算法应用于PID控制器的参数优化,以实数编码的形式直接生成与PID参数组对应的粒子群,并把控制系统的误差性能指标作为评价粒子群的适应度函数.通过与标准粒子群算法与手动调参的阶跃响应对比分析,发现改进算法其阶跃响应曲线超调量更小,调节时间更短,响应速度更快,动态性能更优.提出的改进算法能对四旋翼飞行器飞控系统中的PID参数进行较好的优化,实现更好的控制效果,使得飞行器在飞行过程中更加平稳.     

不确定系统的鲁棒容错H∞控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的鲁棒容错H∞控制问题.利用LMI给出了对任意执行器故障均保持渐近稳定且满足给定干扰衰减指标的鲁棒容错H∞控制器存在的充要条件,进一步给出鲁棒容错最优H∞控制器的优化设计算法.采用所设计的状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且满足给定的干扰衰减性能指标.     

基于RBFNN和回馈递推的新型多旋翼飞行器控制

研究了新型多旋翼飞行器的建模与轨迹跟踪控制. 建立了非线性运动学和动力学模型,并提出基于全调节径向基神经网络和回馈递推的鲁棒自适应轨迹跟踪控制策略. 首先设计了飞行器的位置误差PID控制器,用于实时消除飞行轨迹与期望轨迹的偏差,并为姿态控制环构建姿态角指令. 采用全调节径向基神经网络估计飞行器动力学模型中的复合干扰,为避免回馈递推控制器设计过程中对虚拟控制信号的繁琐求导运算,减小对解析模型的依赖度,设计了一种基于指令滤波回馈递推的飞行器姿态控制器. 该设计方法通过滤波器而非直接用解析方法对虚拟控制信号求导,大大简化了控制器的设计过程,节省了控制能量. 仿真实验表明所提出的轨迹跟踪策略的正确性和有效性.     

四旋翼无人机飞行姿态的自适应反演滑模控制

针对非线性六自由度欠驱动四旋翼无人机的姿态和位置控制问题,提出自适应反演滑模控制算法.设计了一种自适应律对控制中的参数摄动和外界干扰上界进行在线估计,并将估计值补偿到反演滑模控制中.通过李雅普诺夫稳定性理论证明自适应反演滑模控制能使跟踪误差一致渐近收敛到零.最后,根据给定的四旋翼无人机参数进行数值仿真,所得结果表明在系统存在参数摄动和外部干扰的情况下,该方法也能够实现四旋翼无人机的姿态稳定和定高悬停,并具有较好的鲁棒性..     

三栖四旋翼模型与PID控制设计研究

本文在三栖四旋翼机体结构和飞行原理的基础上,利用牛顿-欧拉法对无人机进行动力学受力分析,建立相应数学模型,通过四旋翼无人机的数学模型分析,设计了比例-积分-微分(PID)控制器,利用MATLAB进行仿真验证。     

多传感器融合四旋翼协同控制算法及其实现

针对四旋翼无人机定点悬停控制,从应用层面提出了多传感器数据融合方案,设计了相应的协同控制算法.在飞行器整体硬件架构基础上分析量测系统的各个传感器,对于姿态测量通道提出卡尔曼滤波算法,对于高度测量通道提出互补滤波算法,对于水平位置测量通道提出双传感器融合算法.基于四旋翼无人机的状态空间及其小扰动线性化模型,设计了与之相结合的协同控制算法并进行仿真.最后在物理平台上对设计的算法进行验证,表明多传感器融合与协同控制相结合的方法能有效提高四旋翼无人机的定点悬停精度.     

四轴无人飞行器控制系统设计

四轴飞行器是一种移动灵活、飞行稳定的无人飞行器,姿态控制是其飞行控制系统的核心。根据四轴飞行器的工作原理及其系统的功能要求,设计了一种模块化的四轴飞行器,该飞行器采用Atmega32u4处理器作为核心控制模块,采用MPU-6050惯性测量单元用于姿态检测,由超声波电路检测飞行器的高度,结合通信模块采集数据,并使用PID控制算法进行闭环控制。实验表明,飞行器能较好地执行飞行任务。     

具有线性输出结构的非线性系统故障诊断和容错控制

研究了一类具有线性输出结构的非线性系统故障诊断和容错控制,利用自适应观测器来构造线性残差,同时构造李亚普诺夫函数,使其一阶导数为负来得到故障估计值,容错控制部分设计了2个自适应观测器,通过控制器重组使故障发生后的系统输出跟踪原系统输出.理论分析和仿真结果证明了该方法的有效性.     

一种区间系统容错控制设计的新方法

讨论了一类线性连续时间区间系统的容错控制问题.把带有执行器故障的不确定连续系统转化为区间系统,在此基础上,提出了极点约束条件下的H∞保成本容错控制.分析了故障闭环系统满足区域极点约束和具有保性能上界和满足H∞指标的充分条件,并建立了容错控制中上述期望指标的相容性理论.运用线性矩阵不等式(LMI)技术,给出了一种严格的线性矩阵不等式设计方案,清楚地给出了期望的状态反馈容错控制律的表达式.通过数值算例验证了所给算法的有效性.     

一种基于多模型的主动容错控制方法研究

针对某些具有可能故障先验知识的非线性系统,基于神经网络对系统正常及各种先验故障情形建模,并离线整定出各种故障模式下的控制律,由此建立模型库,进而构建基于多模型切换的主动容错控制系统;系统实时运行时,依据系统性能容忍度指标和模型失配度指标的计算分析,判断系统所处运行模式,进而调用与之匹配的控制律,从而达到对非线性系统主动容错控制的目的.最后将文中所提出的主动容错控制方法应用于一非线性系统进行MATLAB仿真,结果表明了该方法的有效性.     

一种基于BP网络的多模型预测主动容错控制方法

针对非线性受控对象,给出了一种基于BP神经网络的多模型预测主动容错控制方案,设计了故障诊断与决策机制的算法步骤,在基于BP网络建立系统正常或故障状态动态模型库的基础上,利用预测控制算法得到控制律,达到对非线性系统主动容错控制的目的．仿真结果表明所述方法的可行性和有效性．     

模糊控制型控制与保护开关(CPS)的研究

利用模糊控制技术、计算机技术、传感技术,对系统进行实时在线快速检测,解决了对各种电气故障类型、故障程度进行早期预测、判断问题.在不改变CPS原有结构、尺寸的前提下,用模糊控制方法提高控制与保护开关电器性能.     

不确定时滞系统的鲁棒容错控制

研究了一类不确定线性时滞系统的鲁棒容错控制问题，基于Lyapunov稳定性理论，证明了当采用一种带时滞的状态反馈控制律时，该系统对于传感器和执行器故障具有完整性，给出了闭环系统具有鲁棒容错能力的条件．     

具空间扩散的时变种群系统的最优分布控制

讨论了一类时变种群扩散系统的最优分布控制问题，利用J．L．Lions的经典控制理论，证明了最优分布控制的存在唯一性，并给出了控制u∈Uad为最优的充分必要条件．     

过驱动执行器故障自适应重构控制分配策略

摘要： 针对过驱动执行器故障情况下控制指令的协调分配问题,提出了一种自适应修正故障操纵面控制权值的重构控制分配策略. 引入虚拟控制指令构造模块化飞行控制系统,并考虑物理约束建立多操纵面飞行器的故障执行器模型. 结合多目标混合优化控制分配,沿控制目标梯度下降的方向调整故障操纵面控制指令权值矩阵,整体优化控制分配策略,实现故障执行器控制量的自适应修正. 仿真结果表明,该策略可综合考虑执行器故障条件下操纵面的控制效能,避免抖振现象,有效协调分配控制指令,实现控制重构.     

基于最小二乘估计的非线性离散系统鲁棒故障诊断

对于一类不确定非线性离散系统,提出了一种基于最小二乘估计的故障诊断(FDBLSE)方法.该方法通过构造被诊断系统的状态估计器而得到状态估计误差与故障之间的动态关系,并以此为基础,利用最小二乘直接对故障进行在线辨识.文中分析了故障辨识误差以及诊断方法的鲁棒性、灵敏度和检测时间,并与基于学习的故障诊断方法作了深入比较.FDBL方法不但能够辨识故障,而且能够给出辨识误差的上界,同时还具有辨识时间短、辨识精度高的特点.仿真表明该方法有效.     

分布式控制系统关键技术研究

分布式控制系统解决了以往以传统仪表、可编程控制器（PLC）为基础的控制系统所存在的信息传送实时性差、数据无法共享、管理难度大等诸多难题．该文以糖厂控制管理系统为例，对分布式控制系统的组成及其功能进行了分析，并对相关的关键技术进行了研究．实现了高效、可靠的控制点数据的上传及下载，对控制点数据结构定义与管理，I／O设备管理，数据处理流程等做了深入的分析，并设计了实现数据库存取的部分代码．