三自由度直升机模型跟踪控制

针对三自由度直升机模型中存在的轴间强耦合和非线性的特性,采用系统分解与输入-状态反馈的线性化方法,对非线性耦合模型进行精确线性化处理,实现了系统解耦与线性化,并简化了控制器设计结构.首先应用拉格朗日方法对系统进行力学仿真分析.通过建立直升机的精确模型,将模型分解为两个子系统,利用状态线性化,得到简单的线性系统.分别采用无静差跟踪方法与伺服控制方法设计子系统控制器,改善了系统性能,实现了对参考输入的无静差跟踪.仿真表明,方法提高了系统稳定性,轨迹跟踪效果好.     

三自由度直升机模型辨识与控制

针对三自由度直升机,通过物理分析得到俯仰、横滚和偏航3个通道的模型结构,根据3个通道的不同特点使用不同的方法分别辨识3个通道的传递函数模型,并利用所辨识的模型对3个通道分别设计控制器。闭环控制实验结果表明基于辨识得到的模型所设计的控制器能够实现满意的控制性能。     

基于逆系统的三自由度直升机内模控制设计

三自由度直升机模型系统是一个典型的非线性、高阶次、多变量、强耦合的多入多出系统,通过数学推导很难获得其逆模型,利用神经网络对任意连续函数很强的逼近能力与逆系统的思想相结合的方法获取三自由度直升机模型系统的逆模型,同时也将一个多入多出、强耦合的非线性系统转化为几个相对独立的单入单出的线性系统。采用内模控制的方法设计控制器,实现对高度角和横侧角的跟踪控制,MATLAB仿真结果表明该方法具有较好的控制效果,半实物仿真也说明该方法的可行性。     

基于PEM的三自由度直升机模型辨识

针对三自由度(3-DOF)直升机平台的特点,提出了一种基于预测误差法(PEM)的模型频域辨识方法,建立了机理模型,运用扫频技术得到巡航飞行状态直升机3个通道的输入-输出数据;分析了偏相干函数和复合窗函数,通过PEM进行了模型的频域辨识,得到了状态空间方程的待辨识参数和直升机的参数化模型.通过时域飞行和模型预测响应的对比,验证了该模型的准确性和该辨识方法的有效性.     

三自由度直升机的嵌入式控制系统

实验室配备的三自由度直升机采用PC机+运动控制卡的控制方案,该方案偏离了真实直升机的飞行控制系统方案。为此,采用ARM+μC/OSII设计了三自由度直升机的嵌入式控制系统。由外接的飞行摇杆给出三自由度直升机平台姿态角的指令信号,通过以EasyARM1138为核心的嵌入式控制系统,采用闭环反馈的数字PID控制,实现了对三自由度直升机俯仰角和横侧角的精确控制,并可模拟真实飞机的"辅助操纵"、"全自动驾驶"、"改平"3种工作模式。     

三自由度直升机多模型LQR控制器设计

通过对三自由度直升机模型实验系统的总体分析,引入了多模型切换思想,建立了多模型LQR控制器。针对多模型LQR控制器将数学模型以高度角和俯仰角两个角度为变量建立多模型集合,运用Matlab搭建仿真对控制器进行仿真实验,并通过直升机高度角、俯仰角和旋转角的跟踪准确性、快速性以及超调量大小等控制指标,直接地度量控制器控制效果的好坏,将控制效果最优的多模型LQR控制器应用于直升机实物模型之上,运用Matlab中的实时工作空间（RTW）和Quanser公司专用控制软件Wincon实现对直升机实物的实时控制,控制效果良好。     

模糊自整定PID控制在三自由度直升机实验系统中的应用

针对三自由度直升机的飞行高度和飞行速度的跟踪控制,设计了模糊自整定PID控制器.介绍了三自由度实验系统的组成及其数学模型.设计了基于LQR的常规PID控制器和皋于模糊控制理论的模糊自整定PID控制器.应用2种方法对直升机的飞行高度和飞行速度进行实时控制.实验结果表明,模糊自整定PID控制有更快的响应速度,更好的稳定性和鲁棒性.     

一种三自由度串级控制的仿真研究

关于优化控制系统性能问题,由于控制系统中存在非线性滞后各种干扰因素,严重影响响应和稳定性。为实现在线独立调节副回路设定响应与扰动抑制响应,增强主回路的抗干扰能力,改善系统性能,提出一种新的三自由度串级控制方法。在副回路中采用两自由度内模控制,主回路采用单位反馈控制结构,并根据闭环最优灵敏度函数方法确定主控制器,从而保证系统的整体性能。对各个控制器的解析建模设计,对每个控制器都可以进行单参数调节和优化,并对主回路和副回路存在的乘性不确定性进行仿真。仿真结果表明,新的控制方法具有较好的设定值跟踪性能和抗干扰能力,提高了系统的鲁棒稳定性。     

三自由度转台的复合控制策略

基于MSP430F149单片机设计一种三自由度转台的位置-速度双环控制器,并通过仿真验证其性能,对控制结果进行了分析。实验证明：系统能平稳、精确地按照任意给定位置信息转动,动态性能良好,可实现较高精度的位置和速度跟踪。     

Linear offset-free Model Predictive Control

This work addresses the problem of offset-free Model Predictive Control (MPC) when tracking an asymptotically constant reference. In the first part, compact and intuitive conditions for offset-free MPC control are introduced by using the arguments of the internal model principle. In the second part, we study the case where the number of measured variables is larger than the number of tracked variables. The plant model is augmented only by as many states as there are tracked variables, and an algorithm which guarantees offset-free tracking is presented. In the last part, offset-free tracking properties for special implementations of MPC schemes are briefly discussed.     

平台上的无人直升机非线性预测姿态控制

针对在平台上的无人直升机姿态控制,设计了1个非线性预测姿态控制器,该预测控制器具有解析解不需要在线优化,通过查表的方式可以方便地得到满足设计要求的控制器参数。讨论了当输入饱和时的处理方法,通过仿真比较了当输入出现饱和时剪切法和方向保持法对系统性能的影响。最后,将非线性预测控制器和PID控制器的进行了比较,仿真结果说明采用该控制器系统响应比PID控制快,并且可以去除通道耦合引起的过大的超调量。     

Nonlinear Adaptive Model Predictive Control of Constrained Systems with Offset‐Free Tracking Behavior

In this paper, a nonlinear model‐based predictive control strategy for constrained systems based on an adaptive neural network (NN) predictor is proposed. The proposed controller is robust against the model uncertainties and external bounded disturbances. Moreover, it provides offset‐free tracking behavior using the adaptive structure in the model. Based on the uncertainties bounds, the restriction of the system constraints causes robust feasibility and stability of the closed‐loop system. It is shown that the output of the NN predictor converges to the system output. Moreover, offset‐free behavior of the closed‐loop system is investigated using the Lyapunov theorem. Simulation results show the effectiveness of the proposed method as compared to the recently proposed model predictive control methods in the literature.     

简化模型预测控制及仿真研究

本文介绍了简化模型预测控制算法ＳＭ－ＰＣ，指出ＳＭＰＣ算法是作为克服内部模型控制（ＩＭＣ）因式分解中求取过程传函逆阵费时等缺点而推出的一种简化算法。将本算法通过对一个多侧线精馏塔进行仿真，结果表明此算法具有良好的控制效果     

加权模型预测控制（WMPC）

针对参数有界系统，将加权模型引入预测控制算法，改进了原算法对模型处理的不足，从而增强了控制系统的鲁棒性，改善了控制性能。仿真结果表明了该方法的有效性。     

On Trajectory Tracking Model Predictive Control of an Unmanned Quadrotor Helicopter Subject to Aerodynamic Disturbances

In this article a model predictive control (MPC) strategy for the trajectory tracking of an unmanned quadrotor is presented. The quadrotor's dynamics are modeled using a hybrid systems approach and, specifically, a set of piecewise affine (PWA) systems around different operating points of the translational and rotational motions. The proposed control scheme is dual and consists of an integral MPC for the translational motions, followed by an MPC scheme for the tracking of the quadrotor's attitude motions. By the utilization of PWA representations, the controller is computed for a larger part of the quadrotor's flight envelope, which provides more control authority for aggressive maneuvering. The proposed dual control scheme is able to calculate optimal control actions with robustness against atmospheric disturbances (e.g. wind gusts) and with respect to the physical constraints of the quadrotor (e.g. maximum lifting forces or fixed thrust limitations in order to extend flight endurance). Extended simulation studies indicate the efficiency of the MPC scheme, both in trajectory tracking and aerodynamic disturbance attenuation.     

Hybrid Model Predictive Control of Exhaust Recompression Hcci

Homogeneous charge compression ignition (HCCI) holds promise for reduced emissions and increased efficiency compared to conventional internal combustion engines. As HCCI lacks direct actuation over the combustion phasing, much work has been devoted to designing controllers capable of set‐point tracking and disturbance rejection. This paper presents results on model predictive control (MPC) of the combustion phasing in an HCCI engine based on a hybrid model formulation composed of several linearizations of a physics‐based nonlinear model. The explicit representation of the MPC was implemented experimentally and the performance during set point changes was compared to that of a switched state feedback controller. The hybrid MPC produced smoother transients without overshoot when the set point change traversed several linearizations.     

预测控制算法的内模结构及其统一格式

本文应用内模控制（ＩＭＣ）原理，研究了现有各类预测控制算法ＩＭＣ、ＭＡＣ、ＤＭＣ、ＧＰＣ、ＧＰＰ的控制器方程，闭环系统输入输出和误差方程，归纳出它们的统一算式，为理解各类预测控制算法的内在联系及进一步研究提供了方便．     

无人直升机姿态通道模型预测控制

针对无人直升机姿态通道中存在的测量干扰与控制输入受限等问题,利用包含时变柔化因子的模型预测控制算法设计了一种姿态通道控制器。具体而言,首先对姿态通道的传递函数进行了等效变换,得到嵌入了积分环节的状态空间(SSEI)模型,并进一步建立了姿态通道的预测模型;然后综合分析了姿态通道系统在初始响应速度和减小测量干扰影响两个方面的要求,设计了含时变柔化因子的柔化轨迹;接着考虑到舵机的输出限制,分析了姿态通道的控制输入约束条件;最后基于上述三点内容,设计了滚动优化过程。论文还以无人直升机的偏航通道为例进行了飞行实验测试,结果表明该控制算法可明显地加快系统响应速度,减小模型不确定性与测量干扰等因素的影响,具有较好的工程应用价值。