基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波及其在旋翼飞行机器人容错控制的应用

提出一种新颖的基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)算法,用来进行参数以及状态的联合估计.针对旋翼飞行机器人执行器提出一种执行器健康因子(Actuator health coefficients,AHCs)的故障模型结构,应用自适应UKF对AHCs参数进行在线估计,将联合估计的状态以及故障参数引入基于模型的反馈线性化控制结构,组成完整的容错控制系统.提出的自适应UKF算法以及容错控制结构经过中科院沈阳自动化研究所ServoHeli-20旋翼无人智能平台数学模型进行仿真试验验证,效果良好.     

旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制技术综述

对故障诊断和容错技术的发展过程进行了简要概述，以旋翼飞行机器人为研究对象，在分析了旋翼飞行机器人故障诊断与容错控制特点的基础上，介绍了当前国内外在该领域的研究进展和主要方法．最后，总结了该领域待解决的难点问题，并指出了该研究领域的发展趋势．     

3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法

旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.     

旋翼飞行机器人磁罗盘误差分析及校准

以旋翼飞行机器人组合导航系统为研究背景,针对电子磁罗盘的误差校准方法进行研究.通过分析其测量原理和误差来源,总结出影响磁罗盘航向解算精度的5个主要误差因素.对于上述误差因素,提出了软件和硬件解决办法.考虑到旋翼飞行机器人平台的特殊性,提出了硬磁罗差和标度因数误差的简化校准实现方法,简化后的磁罗盘校准方法,免去了校准过程中将载体竖起的步骤,且不降低校准精度.实际的磁罗盘校准测试表明,本文提出的方法能避免将大尺寸的载体竖起,降低校磁操作的难度.该方法可以有效地修正原始磁场测量值的椭球分布,从而提高组合导航系统航向解算精度.     

旋翼飞行机器人系统建模与主动模型控制理论及实验研究

为解决旋翼飞行机器人全包线飞行中的参考模型辨识问题和由飞行模态转换、 内外部扰动, 以及动力学时变所产生的模型失配问题, 并消除模型失配对基于参考模型所设计的飞行控制器造成的跟踪性能的影响, 本文提出了基于悬停参考模型的系统辨识和主动模型的在线控制策略. 通过改进的频域辨识方法和半解耦的简化模型结构, 在悬停模态下进行模型拟合和全包线飞行的模型差分析, 然后结合自适应集员估计(Adaptive set-membership filter, ASMF)方法提出模型差的在线估计和控制补偿策略来应对统计学未知且有界(Unknown but bounded, UBB)的模型差, 以此消除上述模型失配对名义控制器理想条件的破坏所造成的控制性能降低. 最后, 通过在ServoHeli-40旋翼飞行机器人平台的实际飞行对比实验, 验证了所提出方法的有效性和现实可行性.     

PID 控制器的频域特性与无模型参数调节

为了使PID参数调整不依赖于模型参数,而是直接基于闭环响应,首先分析PID参数对闭环系统性能的影响,然后以振荡最小、开环增益最大等为基本原则给出一种无模型PID参数调整方法。该方法只需要闭环响应曲线中的振荡频率信息,避免了模型参数辨识误差对调整结果的影响,简化了参数调节的过程。最后通过实验验证了所提出方法的有效性。     

基于MIT规则的自适应扩展集员估计方法

用于非线性椭球估计的自适应扩展集员(Adaptive extended set-membership filter, AESMF)算法在实际应用中存在着过程噪声设定椭球与真实噪声椭球失配的问题, 导致滤波器的估计出现偏差甚至发散. 本文提出了一种基于MIT规则过程噪声椭球最优化的自适应扩展集员估计算法(MIT-AESMF), 用于解决非线性系统时变状态和参数的联合估计和定界中过程噪声无法精确建模问题的新算法. 本算法通过MIT优化规则,在线计算使一步预测偏差包络椭球最小化的过程噪声包络椭球, 以此保证滤波器健康指标满足有效条件; 最后, 采用地面移动机器人状态和动力学参数联合估计验证了所提出方法的有效性.     

无人机:从技术革新到产业盛宴

技术革新和产业盛宴是两个相对的词语,到底无人机是技术的革新促成了产业的盛宴,还是产业的盛宴倒逼着技术的革新。我个人认为,无人机在消费级的市场,也就是航模、玩具这样一个市场,应该说是技术的革新促成了产业的盛宴,而在商用市场,比如警用、农用等市场,应该说是产业的盛宴倒推着技术的革新。