四旋翼无人机速度控制系统设计

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,以自主研发的四旋翼无人机为研究对象,设计了速度控制系统;该速度控制系统采用加速度计、角速率陀螺仪和GPS测量数据,并设计卡尔曼滤波器来抑制传感器噪声,同时估计无法测得的状态变量;为了减小无人机的建模误差并提高控制系统鲁棒性,采用了模型参考滑模控制理论设计速度控制器;实验结果表明,该速度控制系统具有良好的跟踪和稳定性能.     

四旋翼无人机的室内自主飞行控制

为了解决四旋翼无人机在室内等无GPS信号的复杂环境中实现自主飞行的问题,在对四旋翼无人机进行非线性建模的基础上,分别设计了基于反步法结合滑模理论的姿态控制器和基于PID的位置控制器.考虑到激光测距仪高昂的价格,提出一种基于红外传感器和扩展卡尔曼算法(EKF)实现无人机室内自主飞行定位的方法,通过无人机的旋转运动弥补红外传感器每次只能测量单一点距的缺陷.最后,通过仿真验证所设计的控制器和定位算法的性能.Wyfh2结果证明了所设计的四旋翼无人机室内自主飞行方法的有效性和可靠性.     

四旋翼无人机自适应导航控制

研究四旋翼(Quadrotor)无人机导航控制问题。针对传统的四旋翼无人机导航控制方法的目标定位误差和实时性差问题,提出了基于CLOS技术的导航控制方法。采用CLOS技术所开发的导航控制系统使得四旋翼无人机能够在移动停机坪完成自主导航和着陆的任务,并详细研究了导航控制系统的设计和仿真。仿真结果显示了所设计的导航控制系统的性能和有效性,可应用于四旋翼无人机的实时导航。     

小型四旋翼无人机建模与有限时间控制

本文首先介绍了一种小型四旋翼无人机的设计过程,从机架设计、动力匹配、机载控制器、传感器、无线通信等多个方面进行了较为详尽的阐述.采用牛顿―欧拉法对四旋翼无人机进行动力学分析,完成了六自由度数学模型的推导.进一步对系统的模型参数进行了测量和计算,并给出了结果.在此基础上,为了满足无人机快速跟踪性能的要求,本文基于快速终端滑模的思想,进行了闭环控制器的设计,并给出了基于Lyapunov函数的稳定性证明.控制器采用分环控制的结构形式,内环为姿态控制,外环为位置控制.最后结合设计的四旋翼无人机,给出的仿真结果验证了控制算法的有效性.     

四旋翼无人机安全轨迹跟踪控制

针对存在安全约束的四旋翼无人机,为了保证其能够快速稳定地跟踪给定轨迹,本文提出了一种基于双闭环思想及控制障碍函数求解二次规划问题的控制器设计框架.首先,考虑到无人机的模型不确定性及外界干扰问题,基于快速非奇异终端滑模面设计了双闭环标称控制器,能够实现有限时间快速收敛.进一步地,为了解决无人机遇到的状态、距离约束等安全控制问题,利用控制障碍函数,将带有约束的控制器设计问题转化成二次规划的求解问题.最后,对提出的控制策略进行了仿真,验证了控制器的快速性和鲁棒性,并实现了给定轨迹的安全跟踪.     

四旋翼无人机—吊挂载荷系统建模与控制综述

四旋翼无人机—吊挂载荷系统的建模与控制是近年的一个热门研究领域.系统是通过缆绳连接载荷与四旋翼无人机形成的欠驱动非线性系统.全状态系统的建模通常基于欧拉—拉格朗日方程.为便于设计控制器,往往对系统模型做等效变换与简化.针对不同的简化模型,使用比例—微分控制、反馈线性化、反步法等控制方法,可以实现无人机轨迹跟踪、载荷轨迹跟踪、无人机编队规划、避障等控制目标.如果系统模型存在未建模动态或未知参数,可以通过自适应控制,引入观测器等方法改进控制器.为增强鲁棒性,提升飞行安全性,可以基于最优控制理论设计控制器,并通过输入整形,添加饱和函数等方法进一步优化控制性能.在无人机路径规划等复杂的控制问题上,智能控制方法已初见成效.多无人机协同运输载荷是另一个新兴子研究课题.     

基于四旋翼无人机的运动目标跟踪控制研究

针对欠驱动的四旋翼无人机运动目标跟踪问题,提出了一种新的渐近跟踪控制器.首先,将控制系统解耦为位置控制系统和姿态控制系统;其次,提出了一种将人工势场(APF)与滑模控制(SMC)相结合的方法,实现了对运动目标的保持固定距离的高精度跟踪;第三,采用径向基神经网络(RBF)算法对姿态系统进行控制,并用李雅普诺夫方法进一步证...     

饱和输入下四旋翼无人机滑模轨迹跟踪控制

为解决四旋翼无人机在饱和输入下的轨迹跟踪控制问题,同时兼顾系统存在的参数不确定性和外部风力扰动影响,设计了一种改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制方法;基于六自由度架构,设计四旋翼无人机简化的系统模型,进而降低控制器设计的复杂程度;引入带有误差信号的滑模函数,设计带有误差信号的饱和补偿自适应控制律,同时增加鲁棒控制项,降低由于饱和输入问题带来的抖振影响,并减小参数不确定和外部风力扰动对系统稳定性的影响;系统模型与抗干扰自适应控制律相结合,形成了改进的抗干扰自适应鲁棒滑模控制策略,实现四旋翼无人机的位置轨迹和姿态轨迹的稳定跟踪;最后通过数值仿真与传统PD控制算法进行仿真比较,验证控制方法的有效性和优越性。     

Adaptive backstepping sliding mode trajectory tracking control for a quad-rotor

A quad-rotor aircraft is an under-actuated,strongly coupled nonlinear system with parameter uncertainty and un-modeled disturbance.In order to make the aircraft track the desired trajectory,a nested double-loops control system is adopted in this paper.A position error proportional-derivative(PD) controller is designed as the outer-loop controller based on the coupling action between rotational and translational movement,and an adaptive backstepping sliding mode control algorithm is used to stabilize the attitude.Finally,both the numerical simulation and prototype experiment are utilized to demonstrate the effectiveness of the proposed control system.     

模糊滑模控制和负载转矩补偿的异步电动机直接转矩控制

针对异步电动机(IM)转矩脉动以及抗干扰能力差的问题,设计了基于模糊滑模控制(FSMC)与负载转矩补偿的新型直接转矩控制(DTC),取代传统PID速度调节器的是一种滑模控制器.为解决滑模控制器中负载转矩脉动的问题,用模糊逻辑控制器取代了传统滑模控制律中的不连续部分,可以明显降低异步电动机在低速运转时的转矩脉动.提出了一种负载转矩观测器来估计未知的负载转矩.负载转矩观测器用来估计负载转矩扰动,估计作为速度环的前馈补偿.仿真结果表明:在低速负载转矩扰动时,该设计具有更好的动态响应和速度性能、更高鲁棒性和更强的抗干扰能力.     

SCARA机器人模糊自适应滑模控制

为了提高SCARA机器人的轨迹跟踪控制性能,提出了一种基于非奇异终端滑模面和改进的快速趋近律的滑模控制策略。设计了一种非奇异的快速终端滑模面,可在任意初始状态下收敛到平衡点;改进滑模控制的趋近律,在保证快速趋近的同时可有效抑制抖振,并采用双曲正切函数代替传统的符号函数,有效地消除了高频抖振。采用模糊控制调节趋近律参数,改善初始状态误差过大时引起的力矩冲击问题;基于SCARA机器人模型仿真实验表明,实验结果跟踪性能良好,输出力矩平滑。     

Adaptive fuzzy sliding mode control of nonlinear system

In this paper, the fuzzy approximator and sliding mode control (SMC) scheme are considered. We propose two methods of adaptive SMC schemes that the fuzzy logic systems (approximators) are used to approximate the unknown system functions in designing the SMC of nonlinear system. In the first method, a fuzzy logic system is utilized to approximate the unknown function f of the nonlinear system xⁿ⁼ f(x, t)+b(x, t)u and the robust adaptive law is proposed to reduce the approximation errors between the true nonlinear functions and fuzzy approximators. In the second method, two fuzzy logic systems are utilized to approximate the f and b, respectively, and the control law, which is robust to approximation error is also designed. The stabilities of proposed control schemes are proved and these schemes are applied to an inverted pendulum system. The comparisons between the proposed control schemes are shown in simulations     

超空泡航行体的自适应模糊滑模控制研究

针对超空泡航行体动态中的非线性项和未建模动态,以及由空泡形状改变引起的扰动问题,提出了一种基于自适应模糊滑模的纵平面运动控制器设计方法。该方法利用自适应模糊系统逼近超空泡航行体模型中的非线性不确定项;利用滑模控制对干扰的鲁棒性,克服逼近误差和干扰;最后用Lyapunov定理证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明,设计的控制器可有效克服滑行力的计算误差以及水动力参数的不确定性。     

Adaptive fuzzy sliding mode control for flexible satellite

The adaptive fuzzy sliding mode control is applied to the attitude stabilization of flexible satellite. The detailed design procedure of the fuzzy sliding mode control system is presented. The adaptive fuzzy control is utilized to approach the equivalent control of sliding mode control and the adaptive law is derived. The hitting control, which guarantees the stability of the control system, is developed. In order to attenuate the chattering phenomena, fuzzy rules are employed to smooth the hitting control. Simulation results show that precise attitude control is accomplished based on the proposed method.     

平面倒立摆自适应滑模模糊控制

采用拉格朗日方程建立平面倒立摆的动力学模型,并将其在平衡位置进行线性化,得到了系统在X和Y两个正交控制方向解耦的近似模型．针对每一个控制方向上由互相耦合的基座小车定位子系统和摆杆镇定子系统组成的欠驱动系统,设计了自适应滑模模糊控制器,实现了基座小车沿圆周行走条件下摆杆的运动平衡控制．行走实验验证了所提出控制算法的有效性．     

Mu-based trajectory tracking control for a quad-rotor UAV

In this paper, the design and application of a robust mu-synthesis-based controller for quad-rotor trajectory tracking are presented. The proposed design approach guarantees robust performance over a weakly nonlinear range of operation of the quad-rotor, which is a practical range that suits various applications. The controller considers different structured and unstructured uncertainties, such as unmodeled dynamics and perturbation in the parameters. The controller also provides robustness against external disturbances such as wind gusts and wind turbulence. The proposed controller is fixed and linear; therefore, it has a very low computational cost. Moreover, the controller meets all design specifications without tuning. To validate this control strategy, the proposed approach is compared to a linear quadratic regulator (LQR) controller using a high- fidelity quad-rotor simulation environment. In addition, the experimental results presented show the validity of the proposed control strategy.     

Fault tolerant control based on neural network interval type-2 fuzzy sliding mode controller for octorotor UAV

In this paper, a robust controller for a six degrees of freedom (6 DOF) octorotor helicopter control is proposed in presence of actuator and sensor faults. Neural networks (NN), interval type-2 fuzzy logic control (IT2FLC) approach and sliding mode control (SMC) technique are used to design a controller, named fault tolerant neural network interval type-2 fuzzy sliding mode controller (FTNNIT2FSMC), for each subsystem of the octorotor helicopter. The proposed control scheme allows avoiding difficult modeling, attenuating the chattering effect of the SMC, reducing the number of rules for the fuzzy controller, and guaranteeing the stability and the robustness of the system. The simulation results show that the FTNNIT2FSMC can greatly alleviate the chattering effect, tracking well in presence of actuator and sensor faults.     

串联机器人的双模糊自适应滑模控制

提出了一种串联机器人的改进控制算法。采用一自适应模糊控制器,根据滑模到达条件对滑模切换增益进行估算,消除滑模控制中输出力矩的抖振现象,增强其对不确定性因素的适应能力。采用另一自适应模糊控制器对指数趋近律系数进行修正,改善由于大范围初始位姿产生的偏差而引起的大力矩和速度跳变问题。该方法无需确定被控对象的具体数学模型,具有强鲁棒性和高跟踪精度。基于Lyapunov方法进行了稳定性证明,保证控制系统的稳定性与收敛性。实验结果表明,该方法应用于串联机器人,跟踪效果良好并产生了平滑的力矩输出和速度输出。