改进粒子群算法在四旋翼PID参数优化中的应用

采用试凑方式对四旋翼飞行器PID控制参数人工进行调整工作量大、费时且难以达到较好的控制效果。为了解决控制参数优化问题,提出基于带交叉因子的粒子群算法(PSO)的PID参数优化策略。将带交叉因子的粒子群算法能快速准确找到最优参数解的特点与PID控制结合起来,在控制过程中将PID参数作为粒子群中的粒子,用遗传算法对粒子进行选择、保优、交叉,以ITAE准则作为误差性能指标,用粒子群算法调整PID参数,得出最优的粒子作为四旋翼飞行器的PID控制器参数。仿真结果显示,该方法具有更强的灵活性、适应性和鲁棒性,并能提高控制系统的精度,具有很好的工程应用价值。     

基于滑模控制的四旋翼飞行器控制器设计

基于四旋翼飞行器的结构和飞行原理,本文建立了其飞行动力学数学模型,并采用反馈线性化原理对该模型进行精确线性化;同时,本文采用基于趋近律的滑模变结构控制方法,进行飞行控制器设计,并用simulink对设计的控制器进行仿真,实现了四旋翼飞行器的定高悬停控制,提高了其飞行性能和鲁棒性。     

Diagonal dominance design by Bode plots and root loci†

Bode plots and root loci are used for design of two-by-two systems based on diagonal dominance. The method provides insight into the effect of compensation, including minor loop feedback, on dominance characteristics which extends beyond this class.     

Fault tolerant control for modified quadrotor via adaptive type-2 fuzzy backstepping subject to actuator faults

In this paper, a robust attitude and position control of a novel modified quadrotor unmanned aerial vehicles (UAV) which has higher drive capability as well as greater robustness against actuator faults than conventional quad-rotor UAV has been developed. A robust backstepping controller with adaptive interval type-2 fuzzy logic is proposed to control the attitude and position of the modified quadrotor under actuator faults. Besides globally stabilizing the system amid other disturbances, the insensitivity to the model errors and parametric uncertainties are the asset of the backstepping approach. The adaptive interval type-2 fuzzy logic as fault observer can effectively estimate the lumped faults without the knowledge of their bounds for the modified quadrotor UAV. Additionally, the type-2 fuzzy systems are utilized to approximate the local nonlinearities of each subsystem under actuator faults, next and in order to achieve the expected tracking performance, we used Lyapunov theory stability and convergence analysis to online adjust adaptive laws. As a result, the uniformly ultimate stability of the modified quadrotor system is proved. Finally, the performances of the proposed control method are evaluated by simulation and the results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy for the modified quadrotor in vertical flights in presence of actuator faults.     

基于人工视觉的四旋翼飞行器室内定位与控制

为提高室内四旋翼的定位精度,提出一种基于人工视觉的四旋翼室内定位方法。在地面铺设与地面颜色有差别的参考线,利用机载下视觉传感器采集图像,并进行参考线特征提取,确定参考线与机体的相对位置并与微惯性测量单元数据融合,给出四旋翼飞行器的位置。使用AR.Drone四旋翼飞行器对该方法进行了验证。结果表明:该方案能在室内实现精度较高的定位,可以满足四旋翼航迹跟踪的精度要求。     

基于QEKF的四旋翼飞行器姿态估计

提出了一种基于四元数扩展卡尔曼滤波(QEKF)数据融合算法,应用于四旋翼飞行器的姿态估计。首先,用四元数表示航向姿态参考系统(AHRS)中的坐标旋转关系,获取飞行器的姿态信息;然后,结合扩展卡尔曼滤波算法,融合低成本的MPU9250中陀螺仪、加速度计、磁力计传感器的9轴原始输出数据,对飞行器的真实姿态进行跟踪估计;最后,通过MATLAB实验仿真,与互补滤波(CF)和梯度下降法(GD)算法进行比较,实验证明QEKF对姿态的估计更加精准。     

基于STM32的无人机地面监控系统

在VS平台上设计了一个基于STM32控制器的无人机地面监控系统,给出系统软硬件部分的选型和设计。经过实际联调,系统运行良好,实现了预期目标。     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机飞行控制系统研究

针对四旋翼飞行器的不确定和非线性控制问题,分析了非线性、强耦合和欠驱动等系统特性,同时基于非线性动态逆方法,进行四旋翼飞行器控制系统姿态和航迹控制研究。通过扩张状态观测器实现了对无人机的强干扰及参数摄动的精度补偿。仿真实验验证了它的有效性。     

基于反步自适应技术的四旋翼无人机执行器故障问题研究

四旋翼无人机是一个具有多变量、强耦合、强非线性特性的欠驱动非稳定被控对象,快速准确地进行故障诊断对实现无人机安全飞行具有重要意义。基于Newton-Euler运动定理建立四旋翼无人机动力学方程,针对四旋翼无人机执行器故障基于反步法、Lyapunov理论结合自适应技术推导出自适应律,反解出滚转角、俯仰角的期望值,从而进行在线故障估计,取代用于故障重构的观测器,较好地实现执行器容错控制。通过仿真实验验证了本文所提的反步自适应容错控制方法的有效性。     

四旋翼飞行器的轨迹跟踪抗干扰控制

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪问题中系统存在模型不确定和易受到外界扰动的情况,提出了基于切换函数的扩张状态观测器设计方法来对系统中的扰动进行估计,并将估计值与滑模控制器的设计相结合,实现了对系统中非匹配不确定性和匹配不确定性的抑制且实现了系统跟踪误差的一致最终有界.首先,根据变量间的耦合关系将飞行器系统模型分解为两个子系统模型,设计扩张状态观测器对子系统中的非匹配不确定性进行估计,并将估计值作为变量加入到切换函数的设计中;进而基于切换函数设计扩张状态观测器以估计经切换函数重构系统中的扰动,并在控制器中对扰动进行补偿.最后通过李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性.通过仿真验证了本文提出的方法能够有效实现飞行器轨迹跟踪控制且能够抑止传统滑模控制的抖振现象.