四旋翼无人机抗干扰轨迹跟踪控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪过程中存在的参数不确定与外界干扰问题,设计一种双闭环自适应控制策略.为了降低控制器设计复杂度,根据四旋翼无人机系统的欠驱动特性将系统分成姿态内环和位置外环.在扰动观测器的基础上,利用积分型反步控制算法完成无人机位置信息在外界干扰下的稳定跟踪控制.在扰动观测器的基础上,利用自适应滑模控制算法完成无...     

基于反步自适应神经网络的船舶航迹控制

针对欠驱动船舶在稳定航速条件下轨迹跟踪问题,提出了一种基于自适应神经网络与反步法相结合的控制算法.该算法将实际的欠驱动船舶视为模型完全未知的非线性系统,利用神经网络的函数逼近特性实现控制器中非线性部分的在线估计,采用同时调整输入层-隐层、隐层-输出层间的权值阵的方法进行神经网络权值调整.通过选取积分型Lyapunov函数证明了闭环系统的稳定性.仿真实验表明该控制策略具有良好的跟踪特性,可以实现对期望航迹的精确跟踪.     

基于轨迹跟踪车式移动机器人编队控制

针对车式移动机器人的运动学模型特点, 提出一种基于轨迹跟踪多机器人编队控制方法. 首先利用编队结构参数确定队形, 根据编队轨迹和相关参数生成虚拟机器人, 把编队控制转化为跟随机器人对虚拟机器人的轨迹跟踪; 然后运用反步法构造车式移动机器人轨迹跟踪系统的Lyapunov 函数, 通过使该函数负定, 得到跟随机器人的轨迹跟踪控制器; 最后在Microsoft robotics developer studio 4 (MRDS4) 中搭建3D 仿真平台, 设计了3 组实验, 所得结果表明了所提出方法的有效性.     

无人水面艇复合自适应轨迹跟踪控制

针对存在模型参数不确定性和极易受到风、浪、流等时变干扰的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,根据扰动观测器能对不确定项和外界干扰进行估计和补偿且具有鲁棒性特点,提出一种基于复合扰动观测器的自适应轨迹跟踪控制。该复合自适应观测器利用跟踪误差和估计误差共同调节自适应参数,在不激励高频未建模动态的情况下,该复合自适应闭环控制系统可得到更快的收敛速度和更高的跟踪精度。理论分析和仿真实验证明了所提出的无人水面艇复合自适应控制的有效性。     

过驱动飞行器线性参变鲁棒预测跟踪控制策略

针对飞行包线内过驱动飞行器参数线性时变、控制量多增益调度难的问题,基于约束动态控制分配提出了一种主环线性参变鲁棒预测跟踪控制器.采用飞行状态增量以及跟踪指令误差为增广变量,建立了过驱动飞行器的多面体线性参变离散控制模型.引入H∞性能指标,通过参变量转换将无穷时域min-max非线性鲁棒预测控制优化问题约简为线性矩阵不等式凸优化问题.以操纵面偏转跟踪误差和偏转变化量为混合二次型指标,建立了包含执行器动态性能的无约束控制分配模型.进而考虑操纵面的物理约束,设计了级联动态控制分配策略.仿真结果表明,该方法能够生成合理的操纵面控制指令,实现参考指令的有效跟踪.     

Guaranteed performance in semi global trajectory tracking for matched disturbance nonlinear systems

In this article, we present a semi global trajectory tracking approach that guarantees a priori computable L ₂ and L _∞ performance bounds for matched disturbance control affine systems. The proposed controller is derived by combining a standard inverse control technique with an extended nonlinear robust state feedback. The latter is based on a control Lyapunov function used for stabilising one operating point inside the considered state space. A difference gradient formulation of this Lyapunov function is then applied to prove stabilisation along any trajectory in the considered state space. Results for L ₂ and L _∞ bounded disturbances will be presented and further extended to the case of actuator uncertainties and disturbance offsets. The theoretical contributions are verified applying them to a numerical example.     

Adaptive tracking control for random nonlinear system

In this note, we consider a class of strict‐feedback random nonlinear system with unknown parameters,which is different from nonlinear systems described by Itó stochastic differential equations. The skills to deal with the effect of Wiener process for stochastic nonlinear systems are not suitable for random nonlinear system. We employ separation technique to design an adaptive backstepping controller such that the output can practically track a given signal and other signals are bounded in probability. A simulation example is presented to demonstrate reasonability and efficiency of the proposed method. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

无人机三维航路自适应跟踪控制

针对无人机自动驾驶仪参数标称值偏离实际值情况下的航迹跟踪问题,提出一种无人机三维航路自适应跟踪导引律。首先在无人机自动驾驶仪参数无偏离的条件下,推导出能够跟踪三维航路的速度指令、航迹倾斜角指令和航迹方位角指令,并使用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪系统全局渐进稳定;之后考虑自动驾驶仪参数标称值偏离实际值的情况,设计自适应算法在线估计自动驾驶仪参数,得到无人机三维航路自适应跟踪导引律。仿真实验表明所提出的自适应跟踪导引律能够使无人机在自动驾驶仪参数偏离条件下有效跟踪三维航迹。     

干扰下的无人直升机自适应反步法鲁棒跟踪控制

针对无人直升机干扰下的鲁棒轨迹跟踪问题,设计了一种自适应反步控制方法.鉴于作用在直升机上的干扰是产生跟踪误差的主要原因,该方法的主要思想是寻求一种方法来补偿这种干扰.首先,将未建模动态如外部阵风干扰、配平误差、机身、垂尾、平尾以及其他可忽略的动态产生的力和力矩看成一种组合干扰,从而建立了一个方便反步法控制器设计的简化模型.当设计好反步法控制器后,设计了一个非线性自适应律来估计这种组合干扰,并通过将干扰估计值整合到反步控制器中,使得闭环跟踪系统的鲁棒稳定性得到了保证,即基于李雅普诺夫稳定性理论证明了所设的控制器对于干扰主动阻隔,特别是低频干扰的主动阻隔是有效的.最后,两个仿真研究验证了该方法是优于常规反步法和积分反步法的.     

基于自适应动态规划的移动装弹机械臂轨迹控制

针对移动装弹机械臂系统非线性、强耦合、受多种不确定因素影响的问题,本文基于自适应动态规划方法,提出了仅包含评价网络结构的轨迹跟踪控制方法,有效减小了系统跟踪误差.首先,考虑到系统非线性特性、变量间强耦合作用及重力因素的影响,通过拉格朗日方程建立了移动装弹机械臂的动力学模型.其次,针对系统存在不确定性上界未知的问题,建立...     

Design of motion trajectory and tracking control for underactuated cart‐pendulum system

A cart‐pendulum system is a nonlinear underactuated mechanical system with two degrees of freedom. This paper addresses the motion trajectory design and tracking control problems for this underactuated system. First, a friction‐like control law is designed for the system. Then, the characteristics of the closed‐loop control system are analyzed. Second, a new method of constructing an optimal trajectory for the system is developed. Then, a tracking control law is designed to quickly track the constructed trajectory. It guarantees that the motion control of the cart‐pendulum system is achieved along a reference trajectory. Finally, a numerical example is presented to demonstrate the effectiveness of the theoretical results. This study constructs an optimal trajectory for the cart‐pendulum system in its whole motion space and solves the motion control objective by tracking the constructed trajectory. It has many advantages compared with other motion control methods, eg, the optimal motion control objective of the system is achieved by a single control law; and the motion process and transient characteristics (eg, the settling time) of the control system can be accurately predicted.     

矿用卡车路面自适应模型预测轨迹跟踪控制

针对矿区道路环境突变对无人矿用卡车无人驾驶的挑战,本文研究了路面自适应模型预测轨迹跟踪控制问题.首先,根据矿区常用矿卡车型及环境突变特点分别建立矿卡动力学模型和矿区道路环境模型;其次,提出矿卡路面自适应模型预测轨迹跟踪控制框架;然后,引入预设附着系数库,提出基于自主切换策略的最小二乘参数估计方法以应对突变工况做出合理递推;最后,提出矿卡路面自适应模型预测轨迹跟踪控制方法.仿真表明,所提方法比传统自适应模型预测控制方法轨迹跟踪精度更高,可以充分考虑道路附着条件突变的矿区道路工况,自适应地保证矿卡的操纵稳定性.     

带有未知参数和有界干扰的移动机器人轨迹跟踪控

针对模型参数未知和存在有界干扰的非完整移动机器人的轨迹跟踪控制问题,本文提出了一种鲁棒自适应轨迹跟踪控制器方法.非完整移动机器人的控制难点在于它的运动学系统是欠驱动的.针对这一难点,本文利用横截函数的思想,引入新的辅助控制器,使得非完整移动机器人系统不再是一个欠驱动系统,缩减了控制器设计的难度,进而利用非线性自适应算法和参数映射方法构造李雅谱诺夫函数.通过李雅普诺夫方法设计控制器和参数自适应器,从而使得非完整移动机器人的跟随误差任意小,即可以任意小的误差来跟随任意给定的参考轨迹.仿真结果证明了方法的有效性.     

基于IBC-PID控制的四旋翼轨迹跟踪控制

针对四旋翼飞行器在阵风扰动下的轨迹跟踪控制问题,提出一种结合积分反步法控制与PID控制的混合控制算法.首先,分析了四旋翼飞行器的受力情况,并采用牛顿 欧拉法建立其动力学方程;其次,根据时间尺度原理,将四旋翼飞行器的控制结构分成位置控制回路与姿态控制回路,前者采用积分反步法进行抗干扰控制,后者采用PID控制进行镇定;同时,引入粒子群算法,利用其寻优优势对所设计的控制器参数进行调整;最后,通过一个螺旋线跟踪仿真对本文所提控制算法的有效性进行了验证.仿真结果表明,本文所提算法具有一定的鲁棒性、稳定性与适用性,能够满足四旋翼轨迹跟踪控制的需求.     

Fixed‐time adaptive sliding mode trajectory tracking control of uncertain mechanical systems

An adaptive fixed‐time trajectory tracking controller is proposed for uncertain mechanical systems in this study. The polynomial reference trajectory is planned for trajectory tracking error. Fractional power of linear sliding mode is applied to design the nonlinear controller, adaptive laws are used to adjust controller parameters. Trajectory planning and fractional power are combined to ensure the tracking‐error convergence in a fixed time. The boundary layer technique is used to suppress the model uncertainties and decrease the chattering phenomenon. The closed‐loop system stability is proved strictly in the Lyapunov framework to show that the trajectory tracking errors and adaptive parameters tend to zero in a fixed time set in advance. Numerical simulation results of robotic manipulators illustrate the effectiveness of the proposed controller.     

机器人末端臂轨迹跟踪自适应控制设计

本文提出了新颖的机器人末端臂轨迹跟踪自适应控制方法。该方法与已有的神经网络模型不同之处在于数据首先利用运动学反解求出机器人各关节旋转的角度,然后应用径向基函数自组织进行神经网络学习生成模糊规则,利用监督学习算法(SLA)、最小二乘法(LMS)、反向传播算法(BP)和聚类分析的方法在线优化控制规则以及隶属函数的参数。仿真结果表明,该方法不但规则生成的时间少,有效的防止了规则数爆炸,而且在机器人轨迹跟踪控制的应用中效果好。     

四轮移动机器人智能预瞄轨迹跟踪控制

针对后轮驱动四轮移动机器人存在非完整约束、模型复杂等特点,提出一种基于多预瞄点的轨迹跟踪混合控制算法。该算法设计从仿人驾车的角度出发,根据不同路况通过模糊控制在线调节机器人的速度、预瞄点个数和预瞄距离。采用免疫控制方法在线整定PID控制器的参数。从控制稳定性角度出发提出轨迹偏离度评价指标。仿真结果表明该控制器的有效性。     

机械系统的快速有限时间跟踪控制及其在航天器交会中的应用

针对一类具有匹配干扰的二阶机械系统,本文研究了快速有限时间跟踪控制问题.结合有限时间反步法和非奇异快速终端滑模,本文提出了一种新的快速有限时间控制律,并给出了控制器参数所需满足的充分条件以保证系统的快速有限时间稳定性.进一步地,在一定情形下,所设计的快速有限时间控制律能够退化为经典的反步法、有限时间控制律和非奇异快速终端滑模控制律.最终,将所设计的控制律应用于航天器交会系统,数值仿真结果验证了所提方法的有效性.