基于滑模控制的四旋翼飞行器控制器设计

基于四旋翼飞行器的结构和飞行原理,本文建立了其飞行动力学数学模型,并采用反馈线性化原理对该模型进行精确线性化;同时,本文采用基于趋近律的滑模变结构控制方法,进行飞行控制器设计,并用simulink对设计的控制器进行仿真,实现了四旋翼飞行器的定高悬停控制,提高了其飞行性能和鲁棒性。     

四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究

近年来,军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机,建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型,并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算,PID控制器用于姿态控制。仿真和试飞结果表明,所提出的控制策略是可行的,验证了动态模型建立的有效性。     

四旋翼无人机仿真控制系统设计

为了实现四旋翼无人机的自稳定控制,对四旋翼无人机进行了动力学建模与控制。在建模时利用机理建模和实验实测相结合的方法,建立小型四旋翼飞行器的动力学仿真模型;并通过准LPV法将非线性模型线性化,在飞行器模型解耦的4个通道上分别设计PID控制器,且在Matlab/Simulink平台上对系统整体进行仿真。仿真结果表明,该动力学模型和PID控制器可以有效地实现飞行器的自稳定控制,为后续的四旋翼飞行器的控制研究打下基础。     

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。     

四旋翼飞行器建模与PID控制器设计

为了实现对四旋翼飞行器的稳定飞行控制,对四旋翼飞行器建立了动力学数学模型,并采用准LPV法将非线性模型线性化,在建立的动力学模型基础上,对飞行器垂直速率、俯仰速率、横滚速率、偏航速率四个独立通道上分别设计了PID控制器.并通过Matlab/Simulink软件进行控制系统仿真,并对仿真结果进行分析,仿真结果验证了PID算法的有效性.     

四旋翼直升机的滑模控制研究

四旋翼直升机因其优良特性,在军事和民用领域均有广阔的应用前景。为确保其安全稳定飞行,针对周口师范学院自主研制的四旋翼直升机,结合其结构及动力学原理,考虑非匹配不确定性因素的影响,对三自由度四旋翼直升机进行建模。采用线性矩阵不等式技术进行变结构滑模控制系统设计,仿真结果表明,该系统抗参变能力较强,直升机的飞行姿态基本满足控制要求。     

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。     

四旋翼无人机建模及其PID控制律设计

文中对四旋翼无人机进行建模与控制。在建模时采用机理建模和实验测试相结合的方法,尤其是对电机和螺旋桨进行了详细的建模。首先对所建的模型应用PID进行了姿态角的控制。在此基础上又对各个方向上的速度进行了PID控制。然后在四旋翼飞机重心进行偏移的情况下进行PID控制,仿真结果表明PID控制律能有效的控制四旋翼无人机在重心偏移情况下的姿态角和速度。最后为了方便控制加入了控制逻辑     

四旋翼飞行器悬停算法设计与实现

针对四旋翼飞行器悬停困难的问题,从外力平衡与外力矩平衡两点出发,根据牛顿-欧拉方程对悬停状态下的飞行器建立动力模型,利用PID控制理论进行回路控制,设计了四旋翼飞行器的悬停算法。现场飞行测试结果为飞行器在水平范围±2 m、垂直范围±1 m的空间范围内漂移,实现了飞行器的悬停功能。     

基于观测器的四旋翼飞行器自适应滑模姿态控制

针对存在建模不确定性和外部干扰时四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出一种基于观测器的自适应滑模控制算法。在建立四旋翼飞行器姿态误差动力学模型的基础上,通过全局渐近收敛观测器获取系统的未知状态反馈量,利用自适应滑模控制抑制系统的不确定性和干扰,构建一种基于观测器的自适应滑模姿态控制器。基于Lyapunov的稳定性分析表明,该方法的跟踪误差是一致最终有界的。数值仿真实验结果表明,与现有滑模控制方法相比,所提方法具有更好的姿态跟踪性能和较高的抗干扰鲁棒性,能有效保证飞行器的姿态跟踪控制性能。     

微型四旋翼飞行器TSMC控制方法研究

针对微型四旋翼飞行器非线性动力学模型下姿态稳定和速度跟踪控制问题,基于全局快速终端滑模控制(TSMC-terminal sliding mode control)方法研究了控制器设计。通过引入等价控制输入,将姿态控制通道解耦并分别设计了姿态稳定TSMC控制器。对速度跟踪和高度跟踪控制,在保证高度跟踪控制稳定的基础上设计了保证速度跟踪的耦合控制器。姿态稳定和速度跟踪仿真验证了设计控制器的性能。     

最优滑模飞行控制系统的设计与仿真

针对机动飞机按时标分离原则可分为快慢两个子系统而形成两环控制结构的特点，提出了最优滑模飞控系统的设计。外环控制器的设计采用基于依赖状态的Riccati方程最优控制器，用以产生最优滑模面，以保证整个飞控系统具有一定的性能鲁棒。内环控制器设计时采用滑动模控制以减小飞控系统对参数变化、模型误差、外部干扰敏感，具有一定的稳定鲁棒性。最后对机动飞机作大机动仿真，仿真结果表明该飞控系统是有效的。     

基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对四旋翼飞行器非线性模型系统参数不确定性和外界干扰随机性的控制问题,提出一种基于反步法的自适应滑模控制器设计方法。将四旋翼飞行器动力学模型进行简化分解为欠驱动和全驱动两个部分;对相应的不确定性进行估计,选取适当的Lyapunov函数,采用反步的方法回馈递推得到自适应滑模控制律,从而提高飞行器对外界环境变化自适应能力。依据该方法在Matlab/Simulink环境下进行控制器设计并完成仿真验证。结果表明,基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制方法比非自适应控制方法具有更好的适应性和鲁棒性。     

IBVS based on adaptive sliding mode control for a quadrotor target tracking under perturbations

This paper presents the design of a visual control formulated on an adaptive sliding mode controller for a quadrotor executing a target tracking task subject to disturbances. An image projection of the target from a virtual camera approach, and an image-based visual servoing technique are considered to obtain a singularity-free set of image features to control the position and yaw of the rotorcraft. While, an adaptive sliding mode strategy improves the robustness against bounded external perturbations and uncertainties and provides adaptivity to the visual servoing scheme. Furthermore, an analysis based on Lyapunov theory provides sufficient conditions that guarantee the stability of the closed-loop system. A comparison of the proposed adaptive visual servoing against two recent visual servoing strategies is provided, showing superiority in simulation results. Finally, experimental tests of a Parrot AR.Drone 2.0 tracking a static and moving target further demonstrates the advantages and performance.     

小型四旋翼无人机空气质量监测仪设计

及时有效地获取空气质量数据是大气环境保护的前提和基础。针对现有固定点监测手段空间覆盖度不足、成本高、灵活性差等问题,设计一种基于小型四旋翼无人机为飞行平台,Arduino UNO开发板外接MG811,DSM501A,DHT11,MQ-7传感器为硬件平台,Arduino IDE编译器为软件平台的监测仪。采用接触式周期采样方法获取环境数据模拟值,建立与传感器灵敏度关系,使用Matlab中CURVE FITTING TOOL对传感器灵敏度与被测物浓度关系进行拟合分析。拟合后,可决系数大于0.98,方差小于0.1。该自主设计的监测仪具有成本低、易操作、灵活方便的优点,并可扩展其他类型传感器以满足不同的测量环境要求。     

基于视觉图像的四旋翼无人机飞行控制研究

为了利用视觉图像中信息的无源性、实时性以及机载控制器的自创性等特性，解决无人机信源易干扰、有延时、受制约的问题，分析了“十”字型四旋翼无人机的动力结构、控制原理以及无人机飞行过程中位姿方程、动力方程之间的相互关系，完成了四旋翼无人机六自由度信息和飞行控制四元素输入信息之间的转换，设计了基于合作目标匹配的无人机视觉图像自主控制算法。结果表明，在实测值为零时，即可完成自主降落功能。该算法可以实现简单环境下四旋翼无人机的自主降落。这一研究对无人机的自主化、智能化发展具有一定的帮助作用。     

Neuro sliding mode control of robotic manipulators

In this paper, a synergistic combination of neural networks with sliding mode control (SMC) methodology is proposed. As a result, the chattering is eliminated and error performance of SMC is improved. In the approach, two parallel Neural Networks (NNs) are utilized to realize a neuro-SMC. The equivalent control and the corrective control terms of SMC are the outputs of the NNs. The weight adaptations of NNs are based on the SMC equations in such a way that the use of the gradient descent method minimizes the control activity and the amount of chattering while optimizing the error performance. The approach is almost model-free, requiring a minimal amount of a priori knowledge and robust in the face of parameter changes. Experimental studies carried out on a direct drive arm are presented, indicating that the proposed approach is a good candidate for trajectory control applications.     

无人机飞行控制系统地面仿真平台设计与实现

为满足无人机控制律参数调节及后期控制策略优化的需要,以某型无人机为应用背景,提出了一种无人机飞行控制系统地面仿真平台的设计方案。首先分析了该平台的总体设计方案,然后介绍了主要分系统的设计,最后给出界面显示和半物理仿真结果。半物理仿真结果表明:该平台设计合理,具有一定的工程价值。