基于反步法的四旋翼无人机自适应控制研究

文中设计了基于反步法的自适应控制器,来解决无人机在外界干扰情况下的姿态和位置控制稳定性问题.针对"X"型无人机进行动力学建模,将其转换为具有外界干扰的严反馈形式.将系统分为位置子系统和姿态子系统,结合反步控制,运用Lyapunov函数递推出使系统稳定的自适应律和各通道的控制律,再通过推出的通道控制律反解出期望的姿态角,...     

结构模态耦合问题在民机电传控制律设计中的考虑

结构模态耦合是民用飞机电传控制律设计必须解决的问题之一。综合分析国外民用飞机先进技术状况,研究给出结构陷波器与结构模态抑制的设计方法以及设计过程需要考虑的问题,并通过算例飞机验证该方法的可行性,最后简要阐述了地面试验验证的方法与原理。     

基于改进增量反演法的RLV鲁棒容错控制

针对可重复使用运载器(RLV)再入过程中存在的未知干扰、不确定性以及舵面部分失效(PELF)等问题,基于增量反演法(IBS)和跟踪微分干扰补偿器(TDDC)设计了鲁棒容错控制律.首先,对姿态角回路和角速率回路分别设计增量控制律,并引入误差积分项增强系统的鲁棒性.其次,对于传统增量反演法直接忽略掉的慢变项和泰勒展开高阶项,基于Sigmoid跟踪微分器设计了适用于IBS控制律的干扰补偿器对其进行估计和补偿.最后,仿真结果表明,相比于传统的增量反演法,所设计的控制律指令跟踪精度更高.     

基于预测控制方法的UAV视觉编队飞行控制律设计

传统的无人飞行器(UAV)视觉编队控制律考虑约束的能力不足,制约了其工程实际应用。针对不足,基于预测控制方法设计了一种能够显式考虑约束的视觉编队控制律,该控制律通过滚动求解有限时域优化问题得到跟随飞行器(follower)的控制输入。利用相对距离变化率和视线方位角变化率预测值与实测值的偏差信息,提出了领航飞行器(leader)加速度的在线估计算法。仿真结果表明,所设计的编队控制律能够控制follower飞行器快速跟随leader飞行器形成期望的编队,所提出的leader飞行器加速度估计方法可行,具有较小的估计误差。     

面向协同突防的无人飞行器自动编队控制

对无人飞行器编队协同干扰式突防问题进行了描述。基于有限状态机设计了管理编队协同突防中离散事件的编队管理器, 负责接收外部指令、参考点位置、邻居状态以及无人飞行器自身的状态, 并对编队控制律进行切换, 对编队协同干扰突防进行分析并确定了自动编队控制的流程。仿真结果表明, 所设计的编队管理器能够根据各离散事件自动切换编队控制律, 完成编队队形保持与重构之间的转换; 实时解算的期望位置满足协同干扰突防所要求的编队构型约束条件, 所提出的方法是可行、有效的。     

一类时延网络控制系统的最优非脆弱H∞控制

针对一类时延网络控制系统,研究了当存在有限能量外部扰动时,系统的最优状态反馈非脆弱H_∞控制律的设计问题。通过将时延看作系统的时变参数不确定性,应用H_∞鲁棒控制理论及线性矩阵不等式(LMI)技巧,给出了具有控制增益扰动的次优非脆弱H_∞控制律存在的充分条件,提出了最优非脆弱H_∞控制律的设计方法。数值仿真例子表明了所提方法的有效性。     

时变扰动下的永磁同步电机滑模控制

时变扰动环境下,永磁同步电机(PMSM)采用鲁棒性较好的滑模控制。根据滑模控制中传统指数趋近律,提出一种改进型的趋近律,并基于改进型趋近律设计了一种PMSM调速系统的滑模速度控制器,提高电机的运行性能。通过仿真结果对比分析,设计的基于改进型趋近律的滑模速度控制器不仅可以提高系统的动态性能,而且削弱了系统的抖振现象,使电机在时变扰动下仍具有较高的运行性能。     

结构自适应反步容错控制器设计

基于一类由状态空间描述的非线性系统固有的结构级联特性,在飞行器发生卡死故障的情况下,设计了基本控制律加补偿控制律的控制器结构形式,补偿故障对系统性能造成的影响。提出了确保对参考模型精确跟踪的控制器结构和条件。控制器的基本控制律部分是利用系统的结构特性设计反步(backstepping)控制律,系统发生未知卡死故障时,利用实际对象和参考模型之间的误差,更新控制器的故障补偿部分。控制器同时保证了闭环系统的稳定性和参考模型状态跟踪误差渐近性。仿真结果表明了该控制律对给定参考模型跟踪的有效性。     

新型幂次趋近律的无人艇航向的终端滑模控制方法

针对传统滑模控制方法和传统滑模趋近律在喷水推进型水面无人艇的航向控制中存在收敛速度慢、耗时长和抖振严重等缺点,提出一种基于新型幂次趋近律的终端滑模控制方法。首先利用终端滑模控制思想在滑动超平面的设计中引入非线性函数,构造Terminal滑模面,在终端滑模控制提高动态响应速度的前提下,进而引入改进的新型幂次趋近律,充分结合终端滑模的控制理论和新型趋近律的思想设计了新型Terminal滑模控制器,最后进行了Lyapunov稳定性证明和仿真。仿真结果表明,设计的新控制器与传统幂次趋近律、指数趋近律相比,具有更快的收敛速度和更好的运动品质。     

基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对四旋翼飞行器非线性模型系统参数不确定性和外界干扰随机性的控制问题,提出一种基于反步法的自适应滑模控制器设计方法。将四旋翼飞行器动力学模型进行简化分解为欠驱动和全驱动两个部分;对相应的不确定性进行估计,选取适当的Lyapunov函数,采用反步的方法回馈递推得到自适应滑模控制律,从而提高飞行器对外界环境变化自适应能力。依据该方法在Matlab/Simulink环境下进行控制器设计并完成仿真验证。结果表明,基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制方法比非自适应控制方法具有更好的适应性和鲁棒性。     

具有类反斜线回滞的NSV滑模控制

针对具有类反斜线回滞输入的近空间飞行器系统,进行滑模控制律的设计,以消除回滞特性对系统的影响。首先,通过对类反斜线回滞特性的分析,将其分解为一线性部分和一上界已知的未知非线性部分;然后,通过给定的期望轨迹,设计滑模控制律来消除回滞特性对系统的影响,使得系统的输出跟踪期望轨迹,并利用Lyapunov定理证明系统的稳定性;最后,将所设计的控制律应用于近空间飞行器的姿态控制上,给出了具有类反斜线回滞的近空间飞行器滑模控制律。仿真结果表明,所设计的控制律是有效的。     

具有攻击角约束的无抖振滑模导引律设计

为了提高拦截器弹头的杀伤力,带攻击角度约束的导引律一直是学术界研究的热点。因此,制导律的设计既要保证较小的脱靶量又要保证以相应的攻击角度打击目标,目前已有很多的控制方法应用在拦截器制导设计中,包括最优制导律,滑模制导律,PN制导律,等等。我们知道滑模控制方法对外界扰动和参数不确定性有较好的鲁棒性,但是滑模控制的抖振缺陷普遍存在于传统的线性滑模和终端滑模中。因此,本文提出了一种新的无抖振终端滑模控制方法用于制导律的设计中,该方法不仅对外界有界扰动有较好的鲁棒性,还有效的消除了抖振的产生。最后数字仿真验证了该方法的有效性。     

不确定混沌系统的到达跟踪控制

利用非线性反馈控制实现了不确定混沌系统对任意信号的到达跟踪控制问题。根据系统结构特点选取合适的反馈方式,设计非线性控制律,并由滑模变结构控制理论证明了误差信号指数趋于零以及系统所有状态有界。与现有文献所得控制律算法相比,本文所设计的控制律不仅考虑了系统的不确定性,同时保证了系统所有状态有界,该方法是一种物理可实现的到达跟踪控制方法。数值仿真结果进一步证实了该方法的可行性。     

拦截机动目标的模糊变结构导引律

为提高末制导段导弹制导系统对目标机动的鲁棒性, 基于变结构控制理论设计了一种模糊变结构末导引律。首先, 利用变结构控制理论推导了一种变结构末导引律; 其次, 为削弱变结构末导引律的抖振, 增强导引律鲁棒性能, 通过多次仿真计算, 找到目标不同机动情况下的理想导引律参数, 再基于模糊控制理论, 根据加速度的估计值调整变结构导引律参数; 最后, 将所设计的模糊变结构末导引律与传统变结构导引律、比例导引律进行仿真对比, 结果表明, 模糊变结构导引律对目标机动具有较强鲁棒性。     

基于增量动态逆的高超声速飞行器控制律设计

针对传统动态逆鲁棒性差的特点,设计了基于增量动态逆的高超声速飞行器的再入鲁棒控制律。首先建立了高超声速飞行器快慢两个回路的控制模型,通过非线性干扰观测器估计再入动力学外来的强干扰,进行前馈补偿;然后通过状态速率反馈,对快慢回路分别设计了增量动态逆控制律,期望动力学采用了抗干扰能力和收敛速度快的非光滑控制律,提高了系统的鲁棒性;引入了线性跟踪-微分器解决了增量动态逆控制律所需状态速率无法测量的问题。最后,通过仿真验证了所提算法的有效性。     

参数不确定移动机器人全局轨迹跟踪的自适应滑模控制

通过对一类质心和几何中心不重合情况下移动机器人轨迹跟踪问题的研究,得到了两独立驱动轮角速度为控制输入的机器人运动学模型.对于车轮半径和两驱动轮之间距离参数已知的情况,基于反演控制的思想设计了变结构控制的切换函数,构造了具有全局渐近稳定的滑模轨迹跟踪控制律,并针对这两个参数未知时,通过自适应方法对其进行参数估计,给出了自适应滑模轨迹跟踪控制律的设计方法.该方法设计过程简单且具有直观的稳定性分析,适用于移动机器人的全局轨迹跟踪控制.仿真算例验证了所提控制律的有效性和正确性.     

自动化技术、计算机技术

TP13 2007012024一类时滞线性切换系统的稳定性和镇定/陈松林,姚郁(哈尔滨工业大学控制与仿真中心)//黑龙江大学(自然科学学报).―2006,23(2).―206～210.针对一类具有状态延迟的连续线性切换系统,研究了其渐近稳定性及状态反馈和输出反馈镇定控制律的设计问题。首先利用公共李亚普诺夫函数法给出了系统渐近稳定的充分条件及该条件下切换律的构造方法,然后给出了状态反馈和输出反馈镇定的充分条件,同时给出了稳定化控制律的参数化表示和相应切换律的构造方法。最后举例说明了结果的有效性。图2表0参12     

十字翼布局无人机悬停阶段控制律设计

在建立十字翼布局无人机运动的数学模型的基础上,分析其飞行品质特性.根据该无人机对飞行品质和控制性能的要求,完成十字翼布局无人机在悬停阶段的PID控制律设计;在Matlab Simulink环境下设计了十字翼布局无人机非线性仿真程序,验证所设计的控制律的有效性.仿真结果表明PID控制律能有效的控制十字翼布局无人机悬停阶段的姿态角和高度.     

带落角约束的导弹制导控制一体化最优控制律设计

带有落角约束的空地导弹制导控制一体化设计,可有效提高导弹的制导精度和毁伤效果,已成为当今研究的热点之一。针对小型空地导弹建立俯仰平面导弹一体化模型,同时为实现落角约束,将其转化为含有落角约束项的线性系统;继而采用线性二次型最优控制方法设计带落角约束的导弹一体化最优控制律;最后对所设计的控制律与一种滑模变结构控制律做仿真对比,结果表明导弹在所提设计控制律作用下,既可以保证导弹的制导精度,实现落角约束,同时也可以保证弹道的平滑,缩短制导时间,体现出了良好的性能。     

微波着陆系统横向自动进近控制律设计

为更好地发挥微波着陆大范围着陆制导的优势,设计了一种新型的微波着陆横向轨迹自动生成控制律,可根据飞机初始位置和姿态生成一条进近轨迹并控制飞机沿此轨迹对准跑道中心线;提出了单圆、S型和直接指数进近3种进近模态,并分别对3种模态设计了控制律。仿真结果表明,所设计的控制律能够指引飞机在不同初始条件下对准跑道。