基于积分滑模和ESO的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机桨叶损伤故障的位置和姿态控制问题,设计一种基于积分滑模法和扩张状态观测器(ESO)的四旋翼无人机主动容错控制系统.建立了执行机构损伤故障下的无人机非线性模型,采用抗干扰能力较强的滑模控制法(SMC)设计姿态内环和位置外环基本控制器;为减小系统的稳态误差,引入积分环节,构造出积分滑模控制器;通过采用边界层...     

基于滑模理论的旋翼无人机容错飞行系统研究

本文针对四旋翼无人机执行器发生故障的问题,进行了容错飞行控制系统的研究。首先建立四旋翼无人机带故障时的非线性模型,在应用积分滑模理论设计位置回路、姿态回路控制律时,通过用饱和函数代替滑动模态中的符号函数完成容错飞行控制系统设计,针对单个桨叶发生故障造成执行效率损失情况完成位置跟踪数字仿真,实验表明该控制器即使在执行效率损失25%时也能通过牺牲位置跟随的精度,保证无人机的安全、稳定飞行;通过正常的飞行试验表明该飞行控制系统具有较好的稳定性和飞行性能。     

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...     

不确定系统的鲁棒容错H∞控制

针对不确定线性连续系统,研究了执行器失效情况下的鲁棒容错H∞控制问题.利用LMI,给出了不确定线性系统对任意执行器故障均保持渐近稳定且满足给定干扰衰减指标的鲁棒容错H∞控制器存在的充要条件,讨论了参数不确定线性系统的鲁棒容错H∞控制器的设计问题.根据凸优化理论,进一步给出了鲁棒容错最优H∞控制器的线性凸优化设计算法和设计步骤.采用所设计的状态反馈控制器,当任意执行器出现故障时,闭环系统仍保持渐近稳定且满足给定的干扰衰减性能指标.数值仿真例子验证了该设计方法的可行性和有效性.     

基于鲁棒积分的四旋翼飞行器姿态控制

针对四旋翼飞行器姿态控制过程中广泛存在的外部干扰和参数不确定性,提出了一种基于鲁棒符号误差积分(RISE)的四旋翼姿态控制策略。通过一个模型前馈控制项实现精确的模型补偿,抵消模型非线性影响,以及一个鲁棒积分反馈项,有效抑制系统模型不确定性。设计的控制器在参数不确定性、外部干扰、噪声存在的情况下,实现了四旋翼飞行器精确姿态跟踪。基于Lyapunov理论的稳定性分析验证了所设计控制器的收敛性。最后设计大量仿真和对比试验说明该姿态控制方法的有效性和鲁棒性。     

基于中心对称多胞体的四旋翼无人机执行器故障检测

本文针对四旋翼无人机姿态控制系统执行器发生的故障,设计未知输入观测器并基于中心对称多胞体实现故障检测.首先,利用泰勒展开对无人机非线性系统模型进行离散化处理,将执行器故障项视为干扰项,利用未知输入观测器来进行干扰解耦;其次,采用中心对称多胞体计算检测的残差阈值,通过比较四旋翼无人机系统产生的执行器故障残差与阈值区间完成...     

电力巡检下四旋翼无人机非线性控制器设计分析

为了提高四旋翼无人机在电力巡检时的控制性能,提出了一种基于反步法-积分滑模的控制策略?在用四元数说明系统姿态运动模式的基础上,通过牛顿-欧拉法推导出了四旋翼的非线性动力学模式,从而得到了系统输入输出关系;还分别设计了位置环与姿态环的非线性管理策略,其反步法可以增加闭环系统状态量的收敛性速度,积分滑模可以有效控制的集总干...     

四旋翼飞行器的容错姿态稳定控制

在近十年间, 飞行系统的可靠性问题得到了飞行控制领域越来越多的重视。以一种全新的垂直起降飞行器——四旋翼飞行器作为研究对象, 设计具有高可靠性的姿态稳定控制系统, 为了补偿执行机构发生故障给飞行控制品质带来的影响, 一种主动容错技术将被应用于姿态控制系统的设计中, 主要设计了一个基于状态观测器技术的鲁棒故障检测环节与一个可容错重构的姿态控制器, 在设计控制系统的同时, 还对于故障检测的鲁棒性与快速性、重构控制系统的稳定性进行了理论分析。最后通过数值仿真, 对容错控制系统中各个环节的效果进行了验证。     

微小型四旋翼无人机研究进展及关键技术浅析

随着嵌入式处理器、微传感器技术和控制理论的发展和成熟,微小型四旋翼无人机逐步向高效、多功能化方向发展,并广泛应用于军事、民用、以及科学研究等多个领域。首先,从原型研发、平台集成和商业化应用3个方面介绍了目前国内外在该领域最新的研究情况。结合四旋翼无人机的特点,着重分析了微型机电系统、空气动力学设计、非线性系统建模以及飞行控制等关键技术。最后,在国内外研究进展和关键技术分析的基础上,指出了未来四旋翼无人机技术发展趋势。     

一类非线性不确定时滞系统鲁棒容错控制

研究一类不确定非线性时滞系统的鲁棒容错控制问题.针对不确定非线性时滞系统,基于执行器连续型增益故障模式,利用Lyapunov-Krasovskii泛函方法和线性矩阵不等式方法,推导了当一类非线性不确定系统满足一定范数有界条件时,闭环系统时滞无关鲁棒容错控制器存在的充分条件,并给出了状态反馈鲁棒容错控制器的设计方法.将所设计的状态反馈控制方法应用于某一非线性不确定时滞系统,仿真结果表明设计的控制器不仅使得该故障系统对于执行器故障具有完整性,并且能达到给定的H∞性能指标,从而验证了所提出方法的可行性和有效性.     

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...     

Robust Power Control for Multiuser Underlay Cognitive Radio Networks Under QoS Constraints and Interference Temperature Constraints

Since the nature of mobility and unreliability in wireless communication system may degrade the communication performance, robustness is one of the main concerns in cognitive radio networks (CRNs). In CRNs, the existing power control algorithms based on the assumption of exact system information may not guarantee the communication requirements due to the parameter uncertainties in real system. In this paper, we propose a robust distributed power control algorithm for underlay CRNs. The novelty in our paper is that we consider all possible parameter uncertainties: channel uncertainty and interference uncertainty. Our objective is to maximize the total throughput of secondary users while channel gain and interference plus noise are uncertain. According to the robust optimization theory, uncertain parameters are modeled by additive uncertainties with bounded errors. Through the worst case principle, we transform the robust power control problem into a deterministic optimization one, which is solved by using Lagrange dual decomposition method. Numerical simulation results show that the proposed algorithm can satisfy the QoS requirements of both secondary users and primary users for all uncertainty realizations.     

四旋翼无人机仿真控制系统设计

为了实现四旋翼无人机的自稳定控制,对四旋翼无人机进行了动力学建模与控制。在建模时利用机理建模和实验实测相结合的方法,建立小型四旋翼飞行器的动力学仿真模型;并通过准LPV法将非线性模型线性化,在飞行器模型解耦的4个通道上分别设计PID控制器,且在Matlab/Simulink平台上对系统整体进行仿真。仿真结果表明,该动力学模型和PID控制器可以有效地实现飞行器的自稳定控制,为后续的四旋翼飞行器的控制研究打下基础。     

Control Algorithms for a Fault-Tolerant PMSM Drive

This paper proposes control algorithms for a fault-tolerant permanent-magnet synchronous motor (PMSM) drive. In order to improve the reliability of the drive, an algorithm for achieving a sensorless control that operates properly also in fault mode is proposed. Furthermore, it is shown how a closed-loop field-weakening controller needs to be modified in order to operate properly in fault mode. Automotive applications are in mind and the algorithms presented are verified with experimental results using an in-wheel PMSM. With the proposed modifications, the reliability of the drive can be improved.     

四旋翼飞行器姿态估计方法

针对四旋翼飞行器姿态估计中传感器由于旋翼振动带来的测量误差,通过卡尔曼滤波方法融合加速度计和陀螺仪的测量数据来提高姿态估计精度,减少因载体振动带来的噪声并解决陀螺漂移问题。先分析了惯性器件误差类型,然后建立了三自由度的系统模型并用Matlab进行仿真分析,再利用带有螺旋桨的实验台验证方法的可行性。实验结果表明,姿态估计误差在2°以内且没有随时间的增长而增大,基本满足四旋翼飞行器姿态估计的实时性、廉价性、高精度等要求,该方法可以成功应用于四旋翼飞行器的姿态控制,抑制噪声干扰,为稳定的自主飞行创造条件。     

Shifted Switching Plane Design for Third-Order Systems with Elastic and Conventional Input Constraints

In this paper a new sliding mode control algorithm for a third-order uncertain, nonlinear, and time-varying dynamic system subject to unknown disturbance and input constraint is proposed. The algorithm employs a time-varying switching plane. At the initial time t = t₀, this plane passes through the point determined by the system initial conditions in the error state space. Afterwards, the switching plane moves with a constant velocity to the origin of the space. In order to select the switching plane parameters, the integral of the time multiplied by the absolute error is minimised. Two types of input signal constraints are considered. First a conventional constraint expressed by an inequality is analysed, and then an elastic (or stretchable) constraint is taken into account. In the second case, we assume that the threshold value of the system input signal is known and that exceeding this value is undesirable, however not definitely forbidden. Exceeding this value is acceptable if it leads to an essential improvement of the system performance. In both cases the switching plane is chosen in such a way that the reaching phase is eliminated, insensitivity of the system to the external disturbance and the model uncertainty is guaranteed from the very beginning of the proposed control action, and fast, monotonic error convergence to zero is achieved.