四旋翼飞行器模糊PID姿态控制

在四旋翼飞行器控制姿态优化问题的研究中,为更好的实现对四旋翼飞行器的姿态控制,在Matlab环境下利用6-DOF运动方程模块搭建了四旋翼飞行器的非线性模型.选取四旋翼飞行器的姿态角作为控制对象,借助Matlab模糊工具箱设计了模糊PID控制器并依据专家经验编辑了相应的模糊规则;同时设计了常规PID控制器并选取了最佳的PID控制参数,对两种控制器控制下的四旋翼飞行器姿态进行了相同条件下的Matlab仿真.仿真结果表明,模糊PID控制器相比常规PID控制器具有更优良的动态性能及鲁棒性.对实际四旋翼飞行器的姿态控制具有一定的指导意义.     

四旋翼飞行器飞行姿态的自抗扰控制研究

四旋翼飞行器具有四个对称分布的螺旋桨,其在军事、国防、民用等领域都有着巨大的潜在应用前景。但同时因该系统的欠驱动、非线性等特性,故实现对其的稳定控制存在一定的难度。本文对于四旋翼飞行器的姿态控制问题,根据牛顿第二定律和欧拉方程建立了它的数学模型。并利用自抗扰技术对所建立的模型进行了研究,分别通过对偏航、俯仰、滚转三个角度的控制设计控制器以实现姿态控制,最后通过仿真实验验证了控制器的有效性。     

基于PID神经网络的四旋翼飞行器控制算法研究

针对四旋翼飞行器的姿态与位置控制问题,提出基于PID神经网络的控制方法。建立四旋翼飞行器的数学模型,引入四旋翼飞行器联合仿真平台,利用Matlab设计PID神经网络姿态控制器,训练后能达到良好的控制效果,最后设计PID神经网络位置控制器并进行训练。仿真结果表明,该控制方法在性能上明显优于传统PID,对飞行器有良好的控制效果。     

四旋翼飞行器控制系统的设计

我国作为军事强国,四旋翼飞行器受到高度重视,并且其价格低廉,性能良好,被应用在很多领域,尤其在军事领域具有很强的研发价值.基于此原因,很多科学家致力于对四旋翼飞行器的研究.本文主要研究四旋翼飞行器的控制系统,首先对飞行器的动力学进行数学模型的建立,然后采用经典的PID控制算法对控制器进行设计,通过Matlab仿真软件对控制算法进行验证,得出稳定的仿真结果,验证了控制算法与数学模型的准确性.因此,本文的研究加深了对四旋翼飞行器的进一步了解,旨在推动四旋翼飞行器的发展,对日后相关方面的研究具有很大的意义.     

四旋翼飞行器的自适应二阶滑模控制

针对四旋翼飞行器参数变化的姿态控制问题,将自适应光滑二阶滑模控制方法应用于四旋翼飞行器控制系统.对于参数变化引起的模型不确定性部分采用滑模干扰观测器进行补偿,对姿态系统设计自适应光滑二阶滑模控制器,有效地减弱传统滑模控制的抖振,控制器参数的在线调整提高了系统的控制精度.基于Lyapunov理论证明了系统的有限时间稳定.数字仿真和实验结果都验证了所提控制方法的有效性.     

四旋翼飞行器姿态的自适应反演滑模控制研究

微小型四旋翼飞行器是一种欠驱动、强耦合的非线性系统.针对四旋翼飞行器控制中的姿态控制优化进行研究,建立了四旋翼飞行器完整的姿态运动模型,为提高系统响应速度和抗干扰性,在反演控制基础上与自适应和滑模控制方法相结合,根据Lyapunov稳定性进行控制系统设计,并选取合适的控制参数使所设计的控制系统是渐进稳定的,最终设计了一种基于自适应反演滑模算法的姿态控制器.通过计算机仿真软件进行验证,结果表明所设计的控制器与其它算法相比具有更快的响应时间和很强的鲁棒性.     

基于ADRC的四旋翼飞行器抗干扰控制研究

近年来随着自动控制技术的飞速发展,四旋翼飞行器在军事领域和民用方面均得到了广泛应用。飞行器控制系统的抗干扰能力决定了四旋翼飞行器飞行性能的稳定性和可靠性。飞行器控制系统常采用经典PID(Proportional Integral Derivative)方法,该方法容易受到外界的干扰,增大了控制难度。本文采用自抗扰控制(Auto Disturbances Rejection Control,ADRC)算法对四旋翼飞行器模型的飞行位置和姿态进行了控制。通过与PID算法控制结果对比,可以得到以下结论:基于ADRC算法控制的四旋翼飞行器起飞1-2s后,其飞行位置、姿态、位置和姿态回路扰动均与期望值有较高的重叠性,同时飞行器的水平和空间飞行轨迹呈现出圆滑、平稳。因此,ADRC能够有效地解决飞行器的内部通道耦合和外部干扰等问题,使得四旋翼飞行器能更加方便、可靠、稳定地应用于各个领域。     

四旋翼双环滑模姿态控制系统设计与仿真

针对四旋翼姿态角难以快速跟踪实际控制指令,传统线性化方法稳定性能不佳、用简单滑模控制存在控制律难以实现等问题,提出了一种基于双环滑模控制系统的设计方案。通过建立四旋翼的姿态动力学模型推导出姿态角和角速度的控制律方程。最后,基于实验室搭建的四旋翼硬件实验平台对该方案进行MATLAB仿真分析,并与常规PID控制方法和反步法进行了比较。结果表明该方法有效可行,跟踪姿态角更加快速、精确。     

四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器姿态控制是四旋翼飞行器控制系统的核心. 通过分析四旋翼飞行器的飞行原理,模型建立,设计了四旋翼飞行器的姿态控制系统;在该系统中采用STM32系列处理器作为主控芯片,MPU6050三轴加速度集和三轴陀螺仪惯性测量单元、磁力计等传感器用于姿态信息检测. 本文中传感器使用结构简单的数字接口对数据进行交换,运用模块化的思想对系统进行设计. 使用PID控制算法进行姿态角的闭环控制,最终实验结果表明,在实验平台上四旋翼飞行器飞行效果稳定,系统满足四旋翼飞行器飞行姿态控制的要求.     

基于Anti-windup PID的四旋翼飞行器姿态控制研究

针对四旋翼飞行器姿态控制问题,设计一种Anti-windup PID姿态控制器。结合四旋翼飞行器简化的数学模型,在飞行器在垂直速率、俯仰速率、翻滚速率、偏航速率4个独立通道上分别设计了PID控制器和Anti-windup PID控制器。在MATLAB/SIMULINK环境下,对控制四旋翼飞行器姿态的两种算法进行仿真分析。仿真结果表明,Anti-windup PID控制方法在性能上明显优于PID,对飞行器有良好的控制效果。用Anti-windup PID算法搭建的四旋翼飞行器的物理实验平台更好地验证了该算法的有效性。     

基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统

传统飞机飞行姿态滑膜控制系统,存在飞机飞行姿态自适应系数稳定性差的问题,在控制过程中会受到多重因素影响,导致飞行姿态可控误差系数增大,需要辅助控制系统修正才能完成飞行姿态的控制操作;针对上述问题,提出基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统;系统硬件基于PID自适应滑模控制器,对飞机飞行姿态控制器进行结构设计;软件部分通过引入自适应滑模控制策略,对PID控制器姿态控制变量进行适配;引入AFSMC算法计算姿态控制器当前时间点下的运动控制方程,得到飞行姿态自适应滑模控制的最优量,完成基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统设计;实验结果表明,所设计系统能够在不同飞行工况下,对飞机飞行姿态作出准确控制,系统的整体控制精度范围为90%~97.4%,飞机飞行控制稳定性较好,有效提升了系统对飞机飞行姿态的控制准确度。     

基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模再入姿态控制

针对再入飞行器鲁棒姿态控制问题, 提出一种基于高阶滑模观测器的自适应时变滑模控制器设计方法. 首先, 设计了一种时变滑模面, 并在此基础上推导了相应的时变滑模控制律, 其中滑模控制中切换增益通过一种自适应算法获得, 消除了控制器设计过程中对系统不确定性上界已知的要求; 然后, 利用高阶滑模观测器对控制器设计过程中用到的姿态角导数信息进行观测, 同时能够获得系统扰动估计值, 从而构造一种基于观测器的控制器形式; 最后, 通过仿真验证了所提出的控制算法在提高再入飞行器姿态控制精度以及系统鲁棒性方面的有效性.     

作业型水下机器人姿态调节控制研究

为了解决在作业时水下机器人载体上的机械手伸展过程将会引起载体重心发生变化,导致水下机器人发生纵横倾运动,影响作业效率的问题,考虑到水下机器人控制系统较为复杂,因此引入模糊滑模控制,根据要求设计出一款模糊滑模控制器。利用计算机和MATLAB技术,将水下机器人姿态运动方程与常规PID控制和模糊滑模控制分别结合起来进行仿真分析。仿真结果表明,模糊滑模控制相比于常规PID控制,在机械手关节正弦运动过程中,姿态角下降了20%以上,横倾姿态角度误差减小了30%以上,纵倾姿态角误差也超过了8%以上。在悬停作业过程中,纵横倾姿态角度都下降了30%以上。通过两种不同控制方式的仿真,验证了模糊滑模控制的控制效果要优于常规PID控制,能够取得更好的控制效果,同时利用计算机技术缩短了研究时间、提高了研究效率。     

一种改进的自适应滑模控制及其在航天器姿态控制中的应用

针对刚体航天器的鲁棒姿态控制问题,提出一种改进的自适应滑模控制(ASMC)算法.该算法除了不需要事先知道扰动及系统参数不确定性的上界外,还有效地解决了现有ASMC设计中对切换增益的过度适应问题.该算法具有以下优点:1)自适应的切换增益更接近扰动及参数不确定性的上界,能够产生低抖振的控制信号;2)控制力矩更为平滑,适于工程应用.仿真结果验证了所提出算法的有效性.     

串级自抗扰控制器在纵列式双旋翼直升机飞行姿态控制中的应用

本文将自抗扰控制应用于直升机飞行姿态控制中,针对纵列式双旋翼直升机的飞行姿态控制问题,设计串级自抗扰控制器,并进行了参数整定,得到了优良的仿真结果.进而在实际装置上,调试出了令人满意的飞行姿态实时控制结果.对比于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)控制算法,文中所设计的串级自抗扰控制器显然具有更加精准的控制精度,能更加满足快速性的要求,并且更具有鲁棒性、抗干扰性能以及对非线性强耦合系统的解耦能力.     

车辆自适应巡航控制策略研究与仿真

为了保证车辆自适应巡航控制(ACC)系统的安全性、跟踪效果和稳定性,基于车辆安全距离模型建立了车辆自适应巡航控制模型,在Trucksim中搭建CACC跟驰控制系统;通过Simulink与Trucksim联合仿真,验证系统的可行性.仿真结果表明,在车辆编队的行驶过程中,前后车的车距始终在设定的安全距离范围内波动,具有良好...     

基于终端滑模机器人模糊自适应路径跟踪控制

对质心位置未知的移动机器人系统设计了基于快速终端滑模的模糊自适应路径跟踪控制方法。该方法采用模糊逻辑系统逼近控制器中的未知函数,基于李亚普诺夫稳定性分析方法对未知参数设计自适应律,并设计鲁棒控制器来补偿逼近误差。该方法不但可以保证闭环系统中的所有信号有界,而且可使跟踪误差在有限时间内收敛到原点的小邻域内。仿真结果验证了方法的有效性。     

An adaptive solution for robust control based on integral high‐order sliding mode concept

A new high‐order sliding mode controller is proposed. The main features are gain adaptivity and the use of integral sliding mode concept. The gain adaptation allows a reduction of the chattering and gives a solution to control uncertain nonlinear systems whose the uncertainties/perturbations have unknown bounds. The concept of real high‐order sliding mode detector is introduced given that it plays a key role in the adaptation law of the gain. This new control approach is applied by simulation to an academic example to evaluate its efficiency. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.