单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.     

时变故障下四旋翼无人机的自适应容错控制

针对四旋翼无人机执行器部分失效以及遭受外界扰动等问题,提出了一种基于系统输出约束的自适应控制策略,该方法可以实现在时变故障下的姿态跟踪控制问题.结合自适应滑模控制理论和Nussbaum增益函数,设计了一种能够补偿故障损失、适应时变扰动的自适应容错控制器.而且,使用该控制器不需要实时进行故障检测和系统模型的重构.通过严格数学分析证明跟踪误差可以收敛到平衡点的临域内.与其他文献中控制器进行仿真对比,结果验证了所设计控制器在应对突发时变故障时,跟踪误差超调量最小,对期望信号的跟踪效果更优越.     

小型四旋翼飞行器位姿建模及其仿真

为了研究多旋翼飞行器的位姿控制,以开源硬件pixhawk搭建的四旋翼飞行器作为研究对象,建立其位置和姿态运动学和动力学模型。在简化系统模型的基础上,以姿态控制作为位置控制的内回路,位置控制作为外环主回路,设计双闭环串级模糊PID控制器。在Matlab/Simulink平台上对系统模型进行仿真验证。仿真实验结果表明,模糊PID控制器比PID控制器具有动态响应更快、控制稳定性更好的优势。该模型和模糊PID控制器能有效实现飞行器的位置控制。     

对四轴飞行器的控制算法的分析与仿真

四轴无人飞行器通过四个旋翼联合驱动实现垂直起降、滚转俯仰等姿态变换,根据机体坐标系和地面坐标系,推导转换矩阵,对系统进行控制输入并得到飞行器的非线性状态模型;基于PID控制算法原理设计一种双闭环PD控制器,在Matlab中进行姿态响应实验,给出位置和姿态角的响应波形,分析算法性能,最终验证设计的可行性。     

基于悬停四旋翼位置姿态信息的风场估计方法研究

基于四旋翼飞行器悬停状态下的位置及姿态信息,提出了一种离线的风场估计方法。首先根据Dryden大气紊流模型建立了四旋翼飞行器所处的风场环境,并通过分析有风情况下旋翼升力的变化,得到旋翼升力与风场信息(风速、风向)的函数关系式;接着利用牛顿-欧拉方法推导出有风扰动下的四旋翼动力学方程,并进一步设计了用于保持飞行器悬停状态的PID控制器;最后,基于悬停状态下四旋翼飞行器的位置姿态信息,计算得到飞行器所处的风场环境信息。MATLAB仿真结果表明所提方法在有紊流干扰的情况下,能够有效地提取出风场环境里的主风信息。     

四旋翼无人飞行器反步法的控制

四旋翼无人飞行器是一种典型的六自由度的非线性、强耦合、欠驱动系统.针对四旋翼无人飞行器QballX4受控模型的复杂非线性问题,从实际应用的角度出发,提出了一种在定点悬停情况下忽略偏航角变化的模型简化方法,有效地解决了内外环约束条件的求解问题,并基于此模型设计了一种基于反步法的渐近稳定控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能有效地实现定点飞行,同时,也验证了所建立的简化模型的合理性.     

基于滑模控制的四旋翼飞行器鲁棒三维轨迹跟踪

近年来,无人自主飞行器在军事和民用的众多领域引起了人们的关注,而其轨迹跟踪任务一直是一个热门研究课题。本文提出了一种鲁棒滑模控制,用于控制四旋翼无人机在存在扰动和参数不确定的情况下进行三维轨迹跟踪。首先,建立了一个具有6个方位的四旋翼飞行器的非线性动力学模型。然后,设计了针对质量、惯性和刚度不确定因素的滑模控制器。通过在Matlab Simulink和Universal Mechanism软件系统中进行建模模拟,验证了控制器的三维跟踪效果。最后,使用Pelican四旋翼平台进行了进一步的实验验证,在水平和垂直轴上施加扰动以验证其鲁棒性。仿真和实物验证结果都表明,四旋翼飞行器对特定轨迹的跟踪效果和鲁棒性是令人满意的,证实了所提出的滑模控制算法的正确性和有效性。     

基于视觉的无人机鲁棒tau控制方法研究

在没有位置信息、仅有视觉信息条件下,为实现四旋翼飞行器的高度、速度同时收敛至零的平稳着陆控制,在tau导引策略的基础上,设计了一种抗扰动鲁棒tau控制器,并给出稳定性证明。在整个飞控系统设计中,根据四旋翼的动力学特点,将其分解为外环tau控制器与内环姿态控制器两部分。在由tau控制器的输出提取合力指令以及姿态控制器的姿态指令时,为满足姿态和升降速度的约束要求,进一步设计了指令饱和函数。为提高姿态抗扰动能力,设计了SO(3)滑模姿态控制器。着陆对比仿真验证结果显示,相对于已有的tau控制方法,鲁棒tau控制器具有更好的抗扰动能力和tau跟踪控制精度。     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

基于非线性分离的可倾转四旋翼LQR飞行控制研究

本文研究了一种能够独立控制位置和姿态的可倾转四旋翼飞行器,在建立了系统动力学模型的基础上,针对可倾转四旋翼飞行器系统存在的强输入非线性问题,采用了非线性分离策略,构造中间控制量,将该强非线性系统分离为线性动态环节和非线性静态环节,并仅针对线性动态环节设计了计算量小、易于硬件实现的线性二次型调节器(LQR),然后再通过反解输入非线性环节将中间控制量分配到实际的控制量——旋翼倾转角和电机转速.仿真实验结果表明,基于非线性分离策略设计的LQR飞行控制器能够实现对可倾转四旋翼稳定控制,很好地独立追踪位置和姿态期望.     

四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,设计了一种基于位置式比例积分微分(PID)算法的飞行控制系统.该控制系统以MSP430f149处理器为中央处理器,以MPU-6050传感器为惯性测量器件.在搭建的姿态控制平台上,为了实现控制系统的稳定飞行,结合四旋翼飞行器的飞行原理对传感器输出的姿态角进行PID控制,然后将PID控制器的输出信号与电机的基本油门相结合,用以调节4路脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的方式来控制电调电路,再由电调驱动电机并控制电机转速.结果表明,俯仰角、横滚角、偏航角的误差均小于1°,验证了PID算法对四旋翼飞行器姿态角控制的有效性,保障了飞行器自稳定控制的鲁棒性.     

基于观测器的感应电机的位置跟踪控制

根据Kokotovic的backstepping设计方法,结合Lyapunov稳定性分析,为感应电机的全阶,非线性动态模型设计一个基于转速和转子磁链观测器的位置跟踪控制方案,仿真结果表明,该设计方案在解决速度测量与转速测量问题的基础上,实现无奇异点全局渐近位置跟踪控制。     

基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构

为了满足针对多自由度磁悬浮支承系统的故障诊断与实时控制需求,提出一种基于异构的双核处理器ARM+DSP架构。硬件配置上以数字信号处理器(digital signal processing, DSP)作为从处理器执行多个环路的故障监测;而高级精简指令集处理器(advanced RISC Machines, ARM)作为主控制器执行转子位置控制算法,并根据从控制器的故障重构控制器而实现容错;软件结构上提出基于双核处理器的信息交互、任务分配与执行的设计方法,设计了双向中断来协调控制与监控代码间的执行时序。试验得到系统故障诊断与实时容错控制仅需1.8 ms,能够满足系统需求。试验结果证明了本研究所提出架构的有效性。     

磁饱和感应电机的位置跟踪控制

考虑感应解机普遍存在的磁饱和现象，在感应电机的全阶、非线性磁饱和动态模型的基础上构造了一个无奇异点、全局渐近位置跟踪控制方案，仿真结果表明该控制方案可以克服磁饱和现象对电机控制系统性能的影响。     

自适应逆控制在电液伺服系统中的应用

以液压位置控制系统为研究对象,根据自适应逆控制理论,运用X—VSSLMS滤波算法构成参考模型为一的自适应逆控制器．完成了系统动态特征参数变化、外界扰动影响下等的大量仿真试验研究,结果表明,自适应逆控制器在系统参数变化、外界扰动的影响下,具有良好的自适应性和动态鲁棒性．     

永磁同步电机无传感器转速和位置控制方案

根据测量和观测的定子电流、电压和磁链，提出了一种永磁同步电动机无传感器控制方案.对两相定子电压和电流进行测量和离散处理，在静止坐标系中通过计算磁链及其导数来估计转子位置和速度.转子位置角用于控制器中产生定子电流指令控制逆变器的滞环电流控制器.仿真结果证实了这种方法的可行性，该方法适合于从静止到额定转速的闭环控制，同时可消除由于积分导致的磁链漂移问题.     

倾转旋翼机飞控系统软件模块化设计

倾转旋翼机融合了定翼机与直升机的优点,它可以像直升机一样垂直起降和悬停,也可以像定翼机一样以较高速度进行远程飞行.本文主要对倾转旋翼机的飞行控制系统软件进行设计.首先介绍了飞控系统的硬件构成.然后对飞控系统的功能进行划分.最后根据功能将其分为过渡过程控制、飞行控制、遥控、遥测、导航和失控检测六个模块,并进行详细设计,给出了设计的程序流程图     

MIMO非线性自适应模糊滑模控制

为了解决传统的自适应模糊滑模控制方法需经无穷长时间才能达到平衡点，不能对系统进行精确地跟踪控制的问题。提出一种具有快速收敛性的自适应模糊滑模控制方法。控制器用具有快速收敛性和稳定性的最终吸引子做自适应模糊调节率代替传统自适应模糊调节率，不仅具有稳定性且具有快速收敛性，从而使控制系统的输出能在有限时间内精确地跟踪参考信号。证明了所设计控制器是全局稳定的。并用该方法控制了二自由度机器手系统，仿真结构表明该方法能使机器手在有限时间内达到精确的位置和速度，从而证实了其快速性。     

一种抗击目标雷达关机的反辐射导弹制导新方案

提出一种基于自动驾驶仪和被动雷达寻的制导的抗关机制导方案,该方案利用导弹发射时机载定位系统提供了目标位置信息、目标雷达机关前导引头的测量信息及自动驾驶仪提供的导弹姿态信息,在雷达关机后,对目标视线角及视线观测角进行推算,从而达到抗关机目的。该方案具有简单,可靠,成本低廉等优点,仿真结果证实了该方案的有效性。