抗时滞LADRC的六旋翼飞行器姿态控制

以X形六旋翼飞行器为研究対象,依据牛顿第二定律和牛顿-欧拉方程建立了六旋翼飞行器数学模型,提出了基于抗时滞线性自抗扰的六旋翼飞行器姿态控制策略实现了飞行器的姿态稳定跟踪控制,解决了姿态控制延迟和执行机构动态特性可能引起的LADRC响应振荡。在MATLAB/Simulink下搭建仿真模型,对飞行器在理想情况和有外界扰动条件下分別在PID控制器和抗时滞线性自抗扰控制器作用进行仿真,仿真结果表明:抗时滞线性自抗扰控制的六旋翼飞行器姿态控制系统具有较高的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性且该控制器待整定参数较少,计算简单。     

基于抗时滞LADRC的六旋翼飞行器姿态控制

以“X”型六旋翼飞行器为研究对象,依据牛顿第二定律和牛顿-欧拉方程建立了六旋翼飞行器数学模型,提出了基于抗时滞线性自抗扰的六旋翼飞行器姿态控制策略,实现了飞行器的姿态稳定跟踪控制,解决了姿态控制延迟和执行机构动态特性可能引起的LADRC响应振荡。在Matlab/Simulink下搭建仿真模型,对飞行器在理想情况和有外界扰动条件下分别在PID控制器和抗时滞线性自抗扰控制器作用进行仿真,仿真结果表明：抗时滞线性自抗扰控制的六旋翼飞行器姿态控制系统具有较高的动态品质、稳态精度以及较强的鲁棒性且该控制器待整定参数较少,计算简单。     

多旋翼飞行器建模与控制器设计

随着各项技术的日趋成熟,多旋翼飞行器的控制器设计也愈发受到重视.为了使四旋翼飞行器在复杂环境下可以进行稳定的飞行,设计了四旋翼无人机飞行器的控制器,根据实际情况对数学模型进行简化,建立了一个四旋翼飞行器运动的数学模型;在Simulink中搭建比例积分微分(proportion integration differentiation,PID)控制模型,实现串级PID控制,通过调整PID参数,初步实现了使其稳定飞行的目标.通过在Simulink上搭建系统模型并最终得出仿真结果,证明飞行器的姿态和位置都得到了稳定的控制.     

基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制

针对旋翼飞行器控制过程中存在侧风等外界干扰、飞机本身存在未建模动态等不确定性,提出了一种基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制方法。首先,在不考虑不确定性的情况下,根据旋翼飞行器的动力学方程和运动学方程,利用Lyapunov函数方法设计了基于Backstepping控制的姿态控制律,实现了闭环系统的稳定控制,且响应快速精确。其次,考虑不确定性对系统的影响,在Backstepping控制器的基础上,通过引入自适应律和状态观测器,实现对不确定性的实时估计和系统状态的在线观测,进而设计出具有鲁棒性的L1自适应控制器,消除了不确定性的影响,实现了旋翼姿态的容错控制。再次,通过引入一个闭环稳定的自治参考系统,对所设计的L1控制器进行稳定性分析,分析表明:设计的状态观测器跟踪误差有界并收敛到0,能够准确实时地估计被控系统状态;自适应律可快速自适应于系统存在的干扰及未建模动态等不确定性;控制律可以保证系统在正常状态及存在不确定性的情况下实时跟踪引入的参考系统,且跟踪误差趋近于0,从而保证系统稳定。最后,通过MATLAB仿真对比验证了该方法的有效性。     

基于Arduino 的四旋翼飞行器控制系统设计

为改善滤波效果, 针对四旋翼飞行器滤波算法计算量大的问题, 采用基于Kalman 与DMP(Digital Motion Processing)滤波相结合的姿态数据处理算法及PID( Proportion-Integration-Differentiation)姿态控制算法, 设计了四旋翼飞行器控制系统。系统硬件由Arduino 控制板及四旋翼飞行器平台组成,在此平台基础上建立了飞行器动力学模型并对Kalman 滤波器及PID 控制器参数进行调试。实际飞行结果表明, 该系统能对飞行姿态的偏移进行快速调整, 调整灵敏度和稳态时间得到明显改善, 有效地完成对四旋翼飞行器的稳定控制。     

基于模型参数不确定的四旋翼飞行器混合H_2/H_∞控制

针对四旋翼无人飞行器的模型参数不确定性和在飞行过程中易受到外界不确定性干扰而导致飞行不稳定的问题,首先,对四旋翼无人飞行器进行了较为精确的非线性动力学建模,并进行适当地简化成为存在误差的线性动力学模型,而后,利用鲁棒控制与极点配置原理,设计了一种基于线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequality,LMI)的H2/H∞混合鲁棒控制器。MATLAB实验仿真表明,通过与传统的较为单一的H2标准控制器和H∞标准控制器进行比较,文章提出的H2/H∞混合鲁棒控制器能够解决四旋翼无人飞行器本身模型参数不精确和干扰噪声导致控制不稳定甚至发散等问题,展示出了良好的稳定性和鲁棒性。     

一种分散鲁棒自适应控制器的设计方法

基于李雅普诺夫函数法,提出了一种适用于不确定性线性大系统的分散鲁棒稳定控制方法．系统的不确定性因素包括系统参数摄动、关联变化以及外界干扰．由于实际大系统的不确定因素复杂且系统关联变化很难描述,因而在控制律中又引入了对设计参数的自适应算法,大大简化了控制器的设计和实现．所提出的控制律可以保证系统在不确定性干扰和关联变化的情况下全局稳定,同时自适应算法使参数收敛．仿真结果表明了该控制方法的有效性     

基于反步法和滑模观测器的船舶航向控制

针对船舶航向控制系统中船舶参数不确定性以及外界干扰随机性的特点,提出r一种将反步法和非线性滑模观测器相结合的控制方法.其中利用二阶滑模观测器对船舶转首角速度进行观测.由于观测器在有限时问内收敛,可将观测器和控制器进行独立设计,避免了对系统建立精确数学模型的要求.同时利用反步法进行控制器设计,保证了闭环系统的全局渐近稳定.仿真结果表明,所设计的控制器不仅能保证系统稳定跟踪期望信号,而且对给定的扰动量能准确观测,从而提高了系统的鲁棒性.     

QFT/μ控制器设计法及其在飞行器控制中的应用

针对具有大的不确定性和强非线性性的被控对象,提出了将定量反馈理论QFT与μ-综合法相结合的控制器设计算法。应用动态逆方法处理对象非线性不确定性,基于H-infinity优化方法设计初始控制器,当μ-综合对闭环权函数进行调整难以有效改进控制品质时,依据开环性能指标边界采用QFT方法对初始控制器进行调整,显示出QFT开环调整具有透明性和频段剪裁性。针对具有复杂非线性特性的F-16攻角控制问题,在空速变化50~150 m/s、气动数据变化±20%的范围内,实现对攻角的大范围精确控制。与基本QFT控制器相比,仿真结果表明所设计系统具有优良的响应特性。     

基于补偿控制器的可重复使用运载器自适应模糊姿态控制

针对可重复使用运载器再入段参数不确定性和外界干扰问题,提出一种基于补偿控制器的自适应模糊姿态控制策略.首先,建立飞行器六自由度动态模型,并将模型转化为严反馈形式姿态控制系统.其次,将外界干扰与参数不确定性共记为系统不确定性项,并设计模糊控制器进行在线自适应逼近.为消除模糊建模误差对系统控制性能与稳定性的不利影响,引入补偿控制器以改善飞行器姿态角跟踪性能.再次,基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性且姿态跟踪误差收敛于小邻域中.最后,基于类X-37B六自由度模型仿真验证了所提出控制策略的有效性.     

基于定量反馈理论的微型飞行器增稳控制器

为解决微型飞行器因低Reynolds数特性易受大气流动干扰、飞行稳定性较差等问题,采用鲁棒性较强的定量反馈理论(QFT)设计了纵向和横侧向的增稳控制器,在6自由度全量仿真模型里进行了验证,并将控制器运用于实际飞行实验,结果表明:控制器可以适应飞行速度等的不确定性,具有较好的鲁棒控制效果。还采用QFT和比例积分微分(PID)相结合的混合控制器,提高鲁棒性和飞行稳定性。     

不确定奇异系统的变结构控制

针对一类带有不匹配不确定性的奇异系统,获得了滑模曲面及变结构控制器设计,该设计保证系统状态轨线经有限时段到达滑模曲面,并在其上实现滑模运动．滑模运动正则,无脉冲模,渐近稳定．引入导数矩阵的左零因子,使得滑模曲面及控制器参数的求解可经过求解严格线性矩阵不等式（LMI）获得,在一定程度上简化了LMI方法在奇异系统变结构控制器设计计算中的计算复杂性．     

基于定量反馈理论的两轴稳定平台混合控制器设计

针对两轴稳定平台中控制对象的不确定性及其扰动问题,在建立其不确定数学模型的基础上,综合考虑了对象的不确定性范围和系统的性能指标要求,采用定量反馈理论研究了两轴稳定平台跟踪伺服控制,设计了鲁棒性强的跟踪控制器.采用Matlab进行仿真结果显示:定量反馈理论(QFT)和比例积分微分(PID)相结合的直流电机驱动控制器具有响应速度快、无超调、抗干扰能力强以及稳态误差小等优点;其动、静态性能均优于单一控制器,较好地抑制输出干扰带来的影响,使两轴稳定平台系统得到良好动态响应,便于工程实现.     

四旋翼飞行器姿态控制系统设计

为解决微小型飞行器姿态控制系统成本高、控制性能不稳定等缺点,以自主研发的四旋翼飞行器为研究对象,提出采用廉价的角速率陀螺仪和加速度计,并结合姿态角模型,利用卡尔曼滤波器推测姿态角信息。考虑飞行器的建模误差以及飞行过程中存的外部干扰,为提高控制系统的鲁棒性,采用模型参考滑模控制理论(Model Reference Sliding Mode Control,MRSMC)设计姿态控制器。实验结果表明所设计的姿态控制系统具有良好的跟踪与鲁棒性能。     

基于数据的二阶线性扩张状态观测滤波器

针对难以建立精确模型的难题,提出了一种基于数据的二阶线性ESO滤波算法.利用ESO对不确定性扰动的估计,设计了一种无需动态数学模型、可调参数少、便于实用的滤波器,并给出了滤波器的参数整定及离散实现方法.最后分别应用于方波信号与正弦信号的跟踪、含有均匀分布白噪声信号的滤波以及热连轧实测板宽信号的滤波.仿真结果表明,所设计的滤波器具有一定的优越性和实用性.     

多时滞不确定系统的鲁棒指数镇定

基于新型稳定性分析技术及线性矩阵不等式方法,研究了含有参数不确定性的线性多时滞系统的鲁棒指数镇定问题.首先,对不含参数的不确定性时滞系统设计无记忆状态反馈控制器,给出了在该控制器作用下,闭环系统指数稳定的线性矩阵不等式形式的充分条件;然后,将其推广到含有范数有界参数不确定性的时滞及多时滞线性不确定系统,得到了保证系统鲁棒指数稳定的充分条件,并提供了指数衰减度及衰减因子的估计方法.所给出的判据避免了现有文献中对时变时滞导数小于1的要求,比已有的结果具有更少的保守性,数值例子验证了本方法的有效性.     

具有强鲁棒性的导弹自适应滑模控制

针对导弹飞行过程中存在的参数摄动、干扰和不确定性问题,建立了俯仰平面内的姿态控制系统的数学模型,并把推力视为扰动对模型进行简化,将模型参考滑模控制和自适应控制相结合,先对参考模型进行滑模控制器设计,在此基础上对系统模型设计滑模控制器,对趋近律参数进行调整,并设计自适应律估计系统中的干扰和不确定性部分.最后将设计的控制器应用于导弹姿态控制中,并用李雅普诺夫稳定性理论分析了闭环系统的稳定性.仿真结果表明:所设计的控制器对给定的信号具有较高的跟踪精度,对不确定性和未知干扰也有较强的鲁棒性,同时也说明了把推力视为扰动的合理性.     

基于粒子群的高超声速飞行器模糊控制方法

由于采用机体一体化设计,吸气式高超声速飞行器的气动特性难以准确获知,建立的数学模型是极为不准确的。针对这一特点,研究了一种基于粒子群的高超声速飞行器模糊控制方法,利用粒子群算法对模糊控制器参数寻优,使该控制方法具有强鲁棒性,高超声速飞行器在气动模型不确定情况下,依然能够保持很高的控制精度。仿真用高超声速飞行器的纵向模型对该控制器进行了验证,证明该控制方法能够有效地克服气动参数的不确定性,准确地跟踪飞行器的高度和速度指令。     

基于动态面backstepping控制的高超声速飞行器自适应故障补偿设计

针对带有冗余舵面的高超声速飞行器纵向模型,考虑舵面出现卡死故障情况下,分别设计了基于backstepping的高度容错控制器与基于动态逆的速度跟踪控制器.在运用backstepping自适应设计高度控制器时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,避免了设计中对虚拟信号求导带来的复杂计算问题.针对舵面出现未知故障(不确定故障模式、大小、发生时间)的情况,设计容错控制器结构,给出实现故障补偿控制的匹配条件,根据Lyapunov稳定性理论设计的控制器参数自适应律保证系统的稳定性与指令跟踪性能.针对舵面出现卡死故障的情况,仿真对控制算法进行了验证,得到了较理想的控制效果.     

具有参数不确定性的欠驱动四旋翼无人飞行器的非线性控制器设计(英文)

针对具有参数不确定性的欠驱动四旋翼无人飞行器,设计了一种非线性飞行控制器.该控制器主要采用非线性鲁棒以及在线参数估计算法.利用基于李亚普诺夫稳定性分析方法,证明了这种控制器可以使四旋翼无人飞行器的x,y,z方向的位移跟踪参考轨迹,偏航角ψ稳定到任意点,并且达到全局最终稳定的控制效果.同时相对于一般的滑模控制算法,本文提出的控制器消除了颤振现象.数值仿真结果表明,本文提出的控制设计具有良好的控制效果.