滑模控制的四旋翼无人机拓展状态观测器设计

针对带有扰动及不确定性的四旋翼无人机的稳定性问题,提出了一种基于滑模控制方法的拓展状态观测器。首先,根据机体坐标系和地面坐标系的转化,利用反步控制方法构造无人机的动力学模型;然后,设计拓展状态观测器,用来恢复系统的状态以及对系统所有扰动及不确定性进行估计;可以实现误差快速收敛以及足够高的估计精度;同时,设计了滑模控制器,结合李雅普诺夫稳定性理论和线性矩阵不等式方法,提出了观测器的稳定性条件;最后,通过数值仿真对其有效性进行了验证。     

四旋翼无人机基于图像的抗干扰视觉伺服控制

针对四旋翼无人机视觉伺服过程中易受到干扰的问题,利用积分反步滑模控制方法设计基于图像的四旋翼无人机视觉伺服抗干扰的非线性控制器。选择图像矩作为特征,利用虚拟相机平面改进存在模型不确定和外部干扰的动力学模型。针对难以直接测量的虚拟平面的线速度,通过反步法设计线速度估计器,提高了控制的准确性。通过Lyapunov理论证明了所提出的全局积分反步滑模控制器的稳定性。仿真实验结果证明了设计的控制器的有效性和鲁棒性。     

输入受限下的四旋翼无人机鲁棒容错控制

针对四旋翼无人机(UAV)在输入受限情况下的执行器故障和干扰问题,提出了一种鲁棒容错控制方法.首先建立了包含执行器故障、输入受限以及外界干扰的四旋翼UAV位置模型和姿态模型;然后分别对位置环和姿态环进行了分析,采用滑模滤波器对虚拟控制指令滤波,并利用模糊系统逼近法估计出不确定项,设计了鲁棒容错控制律;最后证明了位置环和...     

基于积分滑模控制的飞行器主动容错控制技术研究

基于容错控制和积分滑模控制理论的研究,对飞行器姿态进行控制,使其具有容错性能。飞行器模型考虑一类具有不确定性以及可能存在执行器故障的非线性系统,针对该系统设计积分滑模控制器,使系统即使在执行器故障情况下也能保持较理想的控制特性。同时也对该系统分别设计基于Lyapunov直接法和常规滑模理论的控制器,便于仿真验证中作为比较。在有无执行器故障的情况下,观察3种控制对状态变量的影响效果,比较常规滑模和积分滑模控制下的抖振情况,结果表明积分滑模控制在控制效果和减弱抖振方面表现更好。     

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ESO的RBF神经网络PID控制器研究

四旋翼飞行器因存在参数不确定性和环境干扰,会出现姿态不稳定的问题,而传统的PID控制对四旋翼的姿态稳定及机动性达不到控制需求.为此,提出了一种扩张状态观测器(ESO)的RBF神经网络PID控制器.首先,利用ESO的扩张特性和非线性函数对扰动进行估计和补偿,减少系统的误差;其次,将ESO对系统输出的估计值作为RBF神经网...     

基于ESO的导引头稳定平台双积分滑模控制

为了提高导引头稳定平台抗扰性及速度稳态跟踪性能,提出了一种基于扩张状态观测器（Extended State Observer,ESO）的双积分滑模控制器（Double Integral Sliding Mode Controller,DISMC）。首先,采用二阶扩张状态观测器对系统的未知扰动进行估计;然后,采用了双积分滑模控制器实现了系统的低稳态误差跟踪,同时采用了改进的幂次趋近律来削弱控制系统的抖振影响;最后,采用导引头稳定平台进行目标跟踪实验和隔离度性能测试。实验结果表明,与传统基于扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）的PI控制方法相比,跟踪3（）/s的梯形波时,在提出的控制器作用下速度跟踪快速性提高了48 ms,跟踪误差标准差提高了0.0131（）/s。同时用转台模拟弹体扰动分别为sin（t）、3sin（5t）、7sin（2t）时,系统的隔离度分别提高了2.91%、0.45%、0.7%,表明基于扩张状态观测器的双积分滑模控制器对导引头稳定平台具有较强的抗扰性和较好的跟踪性能。     

基于滑模自适应迭代学习的四旋翼无人机轨迹跟踪

针对四旋翼无人机轨迹跟踪问题,在考虑外部扰动的情况下,提出一种滑模自适应迭代学习的控制算法。所设计的控制器由两部分组成：第一部分是滑模子控制器,作为四旋翼无人机系统的反馈控制器;第二部分是迭代学习子控制器,作为无人机系统的前馈控制器。在迭代学习过程中,迭代学习子控制器的增益可以根据轨迹跟踪误差自适应改变,能够提高四旋翼无人机的轨迹跟踪效果。最后通过软件仿真对所提出的四旋翼无人机轨迹跟踪算法的有效性进行验证。     

基于滑模与控制分配的六旋翼飞行器容错控制

针对六旋翼飞行器的执行机构失效故障, 提出一种基于滑模和控制分配方法的容错控制方案; 采用了分层设计结构, 将基本控制律设计与控制分配律分为两个独立的部分, 针对系统建模不确定性与外界干扰, 设计滑模控制律, 提高了系统的鲁棒性, 运用控制分配方法, 在飞行器发生失效故障甚至卡死故障时, 在线调解控制分配矩阵, 减小故障机构对整体飞行性能的影响。仿真结果验证了所提容错控制的正确性和有效性。     

四旋翼飞行器双环条件积分滑模控制

针对存在阵风干扰及未建模特性下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制,基于非线性滑模控制技术,结合条件积分思想及Lyapunov稳定性理论设计了一种位姿双环条件积分滑模控制器.在获得四旋翼非线性动力学模型后对其进行线性化,简化被控对象数学模型,提高控制器设计效率.利用条件积分滑模控制律设计了位置环和姿态环的轨迹跟踪控制器,实现了控...     

带有干扰观测器的分数阶滑模控制

针对一类带有匹配不确定性的系统,结合分数阶理论设计分数阶滑模控制器,在保证控制精度的同时,更好地削弱系统中存在的抖振;针对系统中存在的不确定量,利用干扰观测器来估计;最后对系统稳定性进行分析。通过仿真验证可以看出,所用方法不仅能很好地估计不确定量,而且能极大降低系统抖振。     

基于离散滑模控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪

针对离散时间域的四旋翼飞行器的大角度轨迹跟踪问题进行研究.首先,采用牛顿-欧拉法建立了基于三维旋转群SO(3)的动力学模型,并采用前向欧拉法将其转换为离散模型.接着,提出了基于内外环的控制结构,并将离散滑模变结构控制应用于内外环控制器的设计,通过李雅普诺夫函数证明了所设计控制器的稳定性.最后,通过Matlab/Simu...     

扩张状态观测器下的自适应输出反馈控制

针对一类不确定非线性系统,研究了一种结合反步法和自抗扰控制的新的自适应输出反馈控制方法.通过引入扩张状态观测器(ESO)对被控系统的未知状态进行实时估计,同时利用扩张状态观测器实现对系统中的不确定项在线逼近及补偿.通过非线性滤波器对反步法设计过程中的虚拟控制信号进行求导,避免了传统反步法设计控制中复杂性爆炸的问题,并由...     

高超声速飞行器积分型 Terminal 滑模控制设计

针对高超声飞行器模型参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响,基于高超声速飞行器俯仰通道控制系统,提出一种新的 Terminal 滑模姿态控制方法。通过引入一阶滤波器,结合反演法,克服原来幂次形式引起的最终控制奇异问题;并通过设计的干扰观测器实时观测未知干扰,补偿控制器性能,应用 Lyapunov 稳定性理论严格证明了系统的稳定性,从而保证 Terminal 滑模控制器能有效提高系统动态特性。在气动参数标称与拉偏的情形下进行高超声速飞行器数字仿真,仿真结果说明干扰观测器能快速跟踪干扰,且所设计的 Terminal 滑模控制可以满足飞行器高精度的控制要求。     

改进型滑模扰动观测器的感应电机控制系统

针对传统PI调节器在负载剧烈突变时控制性能不佳及使用传统滑模观测器抖振严重的问题,文中以感应电机为研究对象,提出了一种基于滑模观测器和传统PI调节器的扰动实时补偿方案。通过改进型的扰动观测器对系统扰动进行实时观测估算,将估算出的扰动反馈至PI调节器进行前馈补偿,从而有效提高电机控制性能,改善抖振现象。文中搭建了基于MATLAB的仿真平台和TMS320F28335 DSP的实验平台,对所研究的改进滑模观测器扰动前馈补偿方法与常规单PI调节、常规滑模观测器扰动补偿进行了对比分析。该结果验证了所提方案的有效性与可行性,速度超调量优化了0.5%,响应时间为30 ms。     

基于SMDO的非线性预测射击线稳定控制

针对一款海上武器随动系统的非线性、干扰未知性的难题,提出基于滑模干扰观测器(SMDO)的非线性预测控制策略,该复合控制策略利用滑模干扰观测器,对海浪波动、负载变化和系统不确定性等进行逼近,并依据观测器的输出进行前馈补偿和预测控制的模型修正,使得预测控制的滚动优化能够时刻保持在贴近实际系统的基础之上,从而实现提高整个控制...