基于反步法的微型四旋翼欠驱动控制

根据微型四旋翼直升机模型和其欠驱动特性,提出了一种欠驱动控制策略,并在此基础上设计了微型四旋翼飞行控制系统基于反步法的控制器.该控制器能够使位置变量和偏航角跟踪稳定,并使俯仰角和偏航角稳定.最后通过仿真对算法有效性进行了检验.     

基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制

针对四旋翼飞行器易受干扰的问题,本文提出了一种基于模型参考自适应的反步控制方法,在外界气流干扰和内部参数不确定的情况下,保证四旋翼飞行器稳定平滑地跟踪参考信号。将四旋翼飞行器的飞行控制系统分解为水平位置控制子系统与高度和姿态控制子系统,并对两个子系统分别设计反步控制器,然后在高度和姿态控制子系统应用模型参考自适应控制,提高该子系统的抗干扰性能,从而进一步改善水平位置控制性能,同时采用Lyapunov稳定性理论,证明整个闭环系统渐近稳定。仿真结果表明,该算法能够有效抑制外界气流干扰,对负载不确定性具有较强的自适应能力,有效提高系统的稳定性和抗干扰性能。该研究具有一定的理论和实际应用价值。     

欠驱动四旋翼无人飞行器的滑模控制

针对六自由度欠驱动四旋翼无人飞行器(Quadrotor UAV)受控模型的复杂非线性问题,提出了一种系统简化方法,并基于简化后的模型设计了滑模控制器,实现了对复杂模型的非线性控制.首先,对Quadrotor UAV模型进行简化处理,从而可将系统解耦为完整驱动部分和欠驱动部分;进而,通过定义一个广义滑动流形实现欠驱动部分的滑模控制器设计;最后,利用Lyapunov理论证明了系统欠驱动部分的稳定性.仿真分析表明,本文提出的控制方法能够有效实现Quadrotor UAV的控制,且与经典PID控制方法相比,具有对外界扰动更强的鲁棒性.     

基于PWM的四旋翼飞行器控制方法

为实现四旋翼飞行器稳定可靠性飞行控制,提出了以ATMEL公司AVR微控制器为核心IC（IntergratedCircuit）的MCU（MicroControlUnit）四旋翼飞行器控制系统。该系统由以无刷直流电机为动力核心的动力驱动系统、以微控制器及陀螺仪为核心的核心控制系统、以2．4GHz的无线遥控接收器为核心的无线遥控控制系统组成。采用脉冲宽度调制（PWM：PulseWidthModulation）信号控制四旋翼控制动力驱动模块。通过对四旋翼工作模式与控制参数的研究,得到相应的控制算法,然后编程实现、模拟相应的飞行姿态。实验结果表明,四旋翼飞行器能稳定悬停、转向和三维控制。     

四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,设计了一种基于位置式比例积分微分(PID)算法的飞行控制系统.该控制系统以MSP430f149处理器为中央处理器,以MPU-6050传感器为惯性测量器件.在搭建的姿态控制平台上,为了实现控制系统的稳定飞行,结合四旋翼飞行器的飞行原理对传感器输出的姿态角进行PID控制,然后将PID控制器的输出信号与电机的基本油门相结合,用以调节4路脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的方式来控制电调电路,再由电调驱动电机并控制电机转速.结果表明,俯仰角、横滚角、偏航角的误差均小于1°,验证了PID算法对四旋翼飞行器姿态角控制的有效性,保障了飞行器自稳定控制的鲁棒性.     

四旋翼飞行器滑模控制的稳定性分析

研究了四旋翼垂直飞行器稳定姿态的控制问题.针对控制对象的典型欠驱动特征,提出了变结构滑模控制方案,有效实现了系统的鲁棒控制.设计滑模控制面后,基于Lyapunov方法证明了所提控制律的稳定性,保障了系统状态的有效收敛,进一步采用饱和函数法设计边界层厚度以降低开关控制切换时带来的抖振影响.仿真分析结果表明,所提滑模控制方案可实现四旋翼直升机的平稳姿态控制.     

FPGA语音识别的四旋翼飞行器控制系统设计

以FPGA语音识别命令作为四旋翼的航拍遥控命令,将FPGA快速处理信息的能力与语音控制的简单、准确、灵活特点相结合。控制系统分为2部分,四旋翼飞行器利用单片机,采用模糊神经网络PID控制四旋翼螺旋桨的转速达到对机身的飞行高度和方向的控制;语音遥控命令利用FPGA,采用优化的隐马尔可夫模型完成对机身的飞行姿态的命令控制。经仿真验证语音控制四旋翼控制系统具有很强的实时性,能很好地控制四旋翼飞行器完成航拍任务。     

基于串级模糊PID的四旋翼姿态控制器设计

为解决四旋翼飞行器姿态控制器存在的响应速度慢和鲁棒性差等问题,通过串级模糊PID控制算法来实现飞行姿态的稳定性。建立起四旋翼飞控系统的数学模型后,设计了外环角度P控制器和内环角速度模糊PID控制器。利用Matlab/Simulink通过阶跃信号输入对比仿真传统PID控制器和串级PID控制器、串级模糊PID控制器3种控制方法。仿真结果表明:串级模糊PID控制器使系统抗干扰性能提高,同时加快系统的响应性和准确性;飞行实验表明:串级模糊PID控制算法的鲁棒性好。可见改进后的算法对于四旋翼控制系统是有效的。     

基于P-PID控制器对共轴双旋翼飞行器的姿态控制

针对共轴双旋翼飞行器的姿态控制传统PID算法效果不理想,难以获得满意的控制效果,设计了P-PID控制器实现飞行器姿态控制。利用串级PID对共轴双旋翼飞行器的角度、角速度进行控制。仿真实验和飞行试验表明,算法满足飞行器系统的设计要求,验证了算法的可行性。     

四旋翼飞行器的姿态解算及控制实现

针对四旋翼飞行器的姿态控制问题,首先结合四元数及互补滤波法给出姿态解算及数据更新算法;其次采用PID控制算法对姿态进行稳定控制;最后通过上位机观察数据得出控制效果曲线并在实物实验平台上基础上进行了实际飞行验证算法的可行性.实验结果表明:四元数互补滤波算法能实现稳定高精度的姿态解算;PID控制器可以有效的完成飞行器的自稳控制且能有效的校正外界扰动造成的角偏移量,满足四旋翼飞行器的控制要求.     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

小型四旋翼飞行器位姿建模及其仿真

为了研究多旋翼飞行器的位姿控制,以开源硬件pixhawk搭建的四旋翼飞行器作为研究对象,建立其位置和姿态运动学和动力学模型。在简化系统模型的基础上,以姿态控制作为位置控制的内回路,位置控制作为外环主回路,设计双闭环串级模糊PID控制器。在Matlab/Simulink平台上对系统模型进行仿真验证。仿真实验结果表明,模糊PID控制器比PID控制器具有动态响应更快、控制稳定性更好的优势。该模型和模糊PID控制器能有效实现飞行器的位置控制。     

基于自适应反演滑模的键合线缠绕张力控制方法

针对键合线缠绕运动存在耦合性强和张力波动等问题,提出一种自适应反演滑模控制方法应用于缠绕控制系统。该方法依据反演的控制思想将复杂系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后从系统的最低阶次系统方程开始,引入虚拟控制量,结合滑模控制定义逐步设计满足要求的虚拟控制,最终设计出系统的实际控制方法。同时采用自适应算法对不确定性参数进行估计,根据Lyapunov稳定性理论设计参数自适应率,并设计模糊逼近作为滑模控制器中的切换控制项,从而保证系统稳定性。通过分析摆角波动与响应时间数据,发现采用自适应反演滑模控制能提高系统稳定性。比较自适应反演滑模控制与常用的模糊PID控制算法,结果表明,在键合线缠绕运动中,自适应反演滑模控制的张力摆杆摆角波动控制在±1.4°内,优于常规模糊PID的,能更有效地控制张力输出。     

四旋翼农药喷洒飞行器模糊PID姿态控制

针对四旋翼农药喷洒飞行器在作业过程中负载发生变化影响飞行器作业中稳定性的问题,设计模糊PID(Proportion Integration Differentiation)控制器,运用MATLAB软件搭建飞行器模糊PID控制系统与传统PID控制系统Simulink仿真模型,并对飞行器姿态进行仿真。仿真结果显示,与传统PID相比,在飞行器质量发生改变后,模糊PID控制系统适应性强,参数整定简单。飞行器质量改变后,模糊PID控制算法比传统PID超调量降低4.8%,上升时间减少0.513s,系统恢复时间减少0.790s。结果表明,模糊PID控制系统比传统PID控制系统响应速度快,控制效果好,鲁棒性较强,进一步提高了飞行器在农药喷洒过程中的稳定性。     

四旋翼无人飞行器反步法的控制

四旋翼无人飞行器是一种典型的六自由度的非线性、强耦合、欠驱动系统.针对四旋翼无人飞行器QballX4受控模型的复杂非线性问题,从实际应用的角度出发,提出了一种在定点悬停情况下忽略偏航角变化的模型简化方法,有效地解决了内外环约束条件的求解问题,并基于此模型设计了一种基于反步法的渐近稳定控制器.仿真结果表明:所设计的控制器能有效地实现定点飞行,同时,也验证了所建立的简化模型的合理性.     

基于双目视觉的无人机定位与控制系统

设计实现了一个基于双目视觉的无人机定位与控制系统.系统由四旋翼飞行器、两个Wii Remote传感器、Kinect传感器、凌动处理器等构成.飞行器采用STM32F401为主控,辅以六轴速度和加速度传感器以及超声波传感器实现姿态和高度控制.利用两个Wii Remote传感器以双目视觉的原理即可实现飞行器的三维定位与追踪.Kinect传感器实现对手势姿态的识别.在Intel凌动处理器平台上利用2.4G无线数传与飞行器通信,并利用PID控制器以增强飞行器的鲁棒性.该系统实现了在室内没有GPS信号的情况下对飞行器的精确定位,以及基于手势姿态识别的对四旋翼的智能控制.     

基于STM-32的自动四旋翼飞行器设计

通过研究四旋翼飞行器的结构特点、姿态解算算法及其飞行控制原理,设计了以STM-32系列微控制器为核心的自动飞行系统,包括硬件电路设计和程序算法设计.试验测试表明,该系统能够在搭建的狭小空间主动避开障碍,实现稳定飞行.     

四旋翼飞行器携带负载稳定飞行算法

针对不平衡作用下四旋翼飞行器飞行稳定问题,建立了不平衡负载作用下四旋翼的运动学模型和动力学模型,估计了质心位置,设计了串级PID控制器,解决了质心严重偏移出机体之外时,四旋翼不能稳定飞行的问题,利用RBF神经网络自适应来逼近模型的不确定性以及负载晃动所产生的扰动,Lyapunov定理证明了其稳定性。仿真分析与飞行实验验证了本文算法的有效性。     

快速刀具伺服系统的模糊自适应滑模控制

针对由永磁同步直线电机驱动的快速刀具直线伺服系统在高频输入信号下跟踪控制精度低的问题,设计了模糊自适应滑模控制算法.算法采用滑模控制进行跟踪,利用模糊自适应控制方法对传统滑模控制器中的不连续控制量进行模糊逼近,同时对实际运行中系统的不确定因素进行补偿,并设计了相应的自适应算法以补偿模糊控制律的不足,从而有效降低抖振.仿真结果表明,算法可以解决伺服系统的高频跟踪问题,具有较快的响应速度,对负载扰动有较强的鲁棒性.     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.