森林环境下的无人直升机安全飞行控制

针对森林环境下受扰无人直升机的高度和姿态约束控制问题,提出了一种安全跟踪滑模飞行控制方法.为了使无人直升机躲避树木高度威胁并保持期望的飞行姿态,考虑无人直升机的高度和姿态约束,利用误差性能转换函数方法对约束进行处理.基于回馈递推方法和滑模控制方法设计了无人直升机的鲁棒跟踪控制方法,并采用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所有闭环系统信号的收敛性.仿真结果验证了所设计安全滑模飞行控制方法的有效性.     

小型无人直升机的双时标鲁棒控制系统设计

针对小型无人直升机,提出一种双时标鲁棒飞行控制器的设计方法.首先根据小型无人直升机模型的特点和时标分离思想,将快速变化的姿态控制回路作为控制系统内环,慢速变化的平移控制回路作为控制系统外环,分别采用基于四元数描述的方法和基于反步法的鲁棒控制完成控制器设计.然后运用Lyapunov方法对所设计的闭环控制系统进行稳定性分析,证明这种双时标飞行控制系统在没有干扰时可以实现跟踪误差的指数收敛.最后对该控制器进行仿真验证,结果表明,在阵风干扰下这种控制器仍然能够保证小型无人直升机实现良好的位置跟踪控制.     

无人直升机自抗扰自适应轨迹跟踪混合控制

为满足无人直升机高精度轨迹跟踪的控制需求,并降低直升机动力学模型误差对飞行控制器飞行控制效果产生的影响,提出自抗扰自适应直升机混合控制.该控制器的内环控制采用模型跟随自适应控制,通过使用动量反向传播算法(MOBP)对该内环控制参数进行实时优化.通过使用自抗扰控制(ADRC)对直升机的水平速度进行控制.仿真结果表明,该混合控制器能够实现直升机对预定轨迹的跟踪.相对PID和级联ADRC控制,该控制器具有更好的抗扰性和鲁棒性.通过在200 kg级的专业植保无人直升机XV-2上搭载所提出的控制器,使其自主飞行轨迹跟踪控制的均方根误差在0.6 m以内.     

小型四旋翼无人直升机自适应优化控制

摘要： 针对小型四旋翼无人直升机姿态稳定及位移跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法.根据牛顿 欧拉方程及刚体理论建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,并利用二次拟合实验建立了旋翼升力和输入控制信号之间的关系模型.将自适应优化 (Adaptive Control Optimization,ACO)控制方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定及位移跟踪控制.实际飞行实验表明,自适应优化控制方法在小型四旋翼直升机姿态及位移控制中相对于传统的自适应控制方法,具有很好的实时性和鲁棒性.     

无人直升机的自适应动态面轨迹跟踪控制

针对无人直升机模型阶数较高、负载变化大等问题,提出了一种基于自适应动态面的控制方法.该方法用一阶线性滤波器来估计虚拟控制信号的导数,显著简化了控制器的设计过程.此外,通过对无人机重量的自适应在线估计,保证了闭环系统在有负载变化下的稳定性,并基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了轨迹跟踪误差半全局一致最终有界.最后,通过仿真实验进一步证实了该方法的有效性和可行性.     

涡轮发动机系统的双变量控制

针对推进剂流量单变量控制的涡轮发动机动力系统运行经济性差等缺点,提出了工作喷嘴数目开环控制配合燃料泵排量闭环控制的双变量控制方法,闭环控制部分采用改进的自适应算法.与单变量控制方法比较,系统经济性提高30%以上,涡轮前温度降低250 K以上.仿真结果表明,该双变量控制方法简单实用,适用于多速制反舰兼反潜的重型水下航行器使用,能够兼顾系统运行效率和平稳性.     

基于LPV模型逆的无人直升机中低速巡航控制

为了提高无人直升机闭环控制系统的动态带宽,从非线性标称模型中通过动态线性化得到变化参数为前进比的线性参数变化模型,以此构造模型逆控制器。这种控制器综合方法分为姿态和速度共内外两层结构,并且可以有效地实现各级动态指标。通过借用非线性标称模型构建的闭环系统仿真表明:这种控制器综合方法在无人直升机从悬停到低中速前飞的动态范围中有令人满意的控制效果。     

基于动力学模型的小型无人直升机自主飞行控制算法

引入小型无人直升机简化动力学模型,阐述了简单、高效的MTC(Model and Trajectorybased Controller)控制算法.基于该算法所实现的飞行控制算法包括两部分:基于转动动力学模型的直升机姿态控制和基于二次积分关系的位置控制.所设计的MTCV算法包含具有良好鲁棒性的位置控制及速度控制功能,并可用于直升机多航点路径的不减速连续飞行控制.仿真实验和实际飞行控制实验结果表明,本飞行控制算法具有有效性和实用性.     

HMT变速器速比跟踪控制对发动机转速的调节规律研究

研究无级变速器目标速比与发动机目标转速的关系,分析等差式液压机械无级变速器的速比特性以及换段条件.提出了用试验台驱动装置模拟发动机工作特性的方法.在此基础上,应用速比跟踪系统进行了发动机工作转速的调节试验,并通过分析试验结果揭示了无级变速器速比跟踪系统对发动机转速的调节规律:当目标速比变化率较大时,发动机转速对目标转速的跟踪误差较大,反之,则较小;当实际速比大于目标速比时,发动机转速小于目标转速,反之,则发动机转速大于目标转速.     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

基于自适应逆控制方法的小型四旋翼无人直升机姿态控制 

以上海交通大学工程训练中心运动控制实验室自行研制的小型四旋翼无人直升机为研究对象,搭建了姿态控制实验系统.根据牛顿 欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,首次将自适应逆控制（AIC）方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定控制.仿真结果和实际飞行实验表明,AIC方法在小型四旋翼直升机姿态控制中具有很好的实时性和鲁棒性.     

卫星编队飞行的协同控制

为了实现卫星编队飞行任务,设计了卫星编队飞行队形协同控制。考虑控制精度以及小推力卫星变轨时间长等特点,采用了相对运动的非线性动力学方程进行数学建模,并采用精度较高的相对轨道根数法设计了目标队形。应用滑模控制理论,设计了跟踪控制器,并通过Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统全局渐近稳定性。通过一个“1颗主星与3颗从星”编队的测量基线放大控制仿真,验证了该控制器的可行性。结果表明,该控制器具有控制精度高、实时性强等特点,可用于卫星编队飞行队形协同控制。     

基于优化粒子群神经PID的双变量解耦控制

在工业过程控制系统中,存在多变量耦合的现象,其中双变量耦合较为常见。针对双变量耦合现象,该文提出了自适应粒子群优化算法与单神经元PID相结合的解耦控制方法,利用PSO算法对单神经元PID网络进行参数进行优化,从而提升系统解耦效果,并对双变量耦合系统进行仿真验证。结果表明,适应度经过参数寻优后有了不同程度的降低,在局部最优中的全局最优值降低了93.75%、39.90%;解耦效果稳定性提高,系统误差降低,精度提升。     

基于分布式协同控制的警用无人机群目标追踪控制

以暴力突发事件中警用无人机追踪、包围、逮捕逃跑犯罪人员为研究背景,开展了多个非完整型无人机协同目标追踪控制研究。系统的控制目标是多个无人机以期望的相对半径、角间距对逃跑犯罪人员进行追踪。利用反演法,设计了全局坐标系下的分布式控制策略,最终实现了无人机群的期望运动,并利用李雅普诺夫工具进行了系统稳定性和收敛性分析。并利用仿真实验,验证了所提控制算法的有效性。     

基于滑模反演的欠驱动水面无人艇航向控制

欠驱动无人艇作为一种水上重要的工作平台,其应用范围非常广泛。针对一种欠驱动水面无人艇的运动控制进行研究,首先分别建立其运动学和考虑了风浪干扰的动力学模型,得出了非线性状态空间模型;然后采用基于指数滑模面的滑模和反演相结合的控制算法设计其航向控制器;最后通过仿真和实物实验验证了设计的动力学方程和控制算法的有效性。     

基于主动建模的无人直升机增强LQR控制

为了解决无人直升机控制问题,通过把主动建模与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相结合,提出一种能补偿模型差的控制方法。该方法在悬停状态下,采用简化模型设计LQR控制器,并通过UKF(Un-scented-Kalman-Filter)在线估计简化模型与全状态模型的模型差,使用模型差作为补偿项对LQR控制增强。针对实际直升机动力学模型进行仿真,验证了基于UKF的估计和增强LQR控制的有效性。仿真实验结果证明,基于UKF的主动建模技术能够快速估计状态和参数变化,并且增强LQR控制能够使系统适应模型不确定性。     

基于滑模控制的发动机电子节气门研究

电子节气门是车用发动机的一个十分重要的装置,为提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性以及降低排放,已经广泛应用于汽车发动机上.电子节气门是一个典型的非线性系统,结合电子节气门的结构特点,在MATLAB/Simulink平台上建立了动态仿真模型.建立了节气门控制器的数学模型,设计了基于滑模控制的电子节气门控制器,并与PID控制结果进行比较.结果表明,采用滑模控制能克服系统中的非线性和不确定性.节气门开度从小到大的阶跃变化时,无超调,而且稳态误差小,能迅速地获得预期节气门的开度.     

基于滑模控制的发动机电子节气门研究

电子节气门是车用发动机的一个十分重要的装置,为提高汽车行驶的动力性、平稳性、经济性以及降低排放,已经被广泛应用于汽车发动机上。电子节气门是一个典型的非线性系统,结合电子节气门的结构特点,在MATLAB/Simulink平台上建立了动态仿真模型,建立了节气门控制器的数学模型,设计了基于滑模控制的电子节气门控制器,并与PID控制结果进行比较。结果表明,采用滑模控制能克服系统中的非线性和不确定性,节气门开度从小到大的阶跃变化时,无超调而且稳态误差小,能迅速地获得预期节气门的开度。     

基于滑模跟踪控制的汽车发动机在线监测与故障诊断

根据滑模控制理论,设计了汽车发动机动态转矩滑模跟踪控制方案,通过改变动态转矩,使曲轴转速平方的估计值不断跟踪其测量值,二者误差逐渐减小,动态系统收敛性得以保证,从而可以估计动态转矩和平均动态转矩.若发动机某缸(或某几缸)平均动态出现较大的负值,则可断定该缸存在故障.试验结果表明,该方法对建模误差和参数变化具有很强的鲁棒性,在中低转速和变化工况下均能实时监测气缸工作情况,准确诊断和定位故障,并能判断故障的严重程度.     

汽车发动机的PID控制系统设计与仿真

以某型汽车发动机为研究对象建立了数学模型,研究了传统的PID控制系统在汽车发动机控制中的应用,设计了一个性能良好的PID控制系统并进行了仿真。