基于滤噪微分器的四旋翼飞行器控制

在飞行器的控制中, 角速率反馈可以提高控制系统的动态特性, 但速率陀螺价格昂贵, 且随运行时间的增加其性能会不断下降. 对此本文提出了一种基于滤噪微分器的四旋翼飞行器滑模变结构控制律. 该控制律使用的反馈信号仅由角度传感器得到, 而无需角速率传感器. 控制律中的角速率信息由王新华等设计的有限时间收敛的微分器得到. 本文通过数学证明, 给出了当测量信号中含有噪声时该微分器的理论跟踪误差上界. 仿真以及对四旋翼飞行器滚转姿态的控制实验验证了微分器的抑制噪声作用和控制算法可行性.     

基于PID算法的四旋翼飞行器定点跟踪控制

四旋翼飞行器是一种结构紧凑、飞行方式独特的垂直起降式飞行器,具有欠驱动、强耦合的特点;为实现对飞行器的控制,使之能从起始位置在一定时间内到达设定目标点并稳定悬停,根据其飞行特点建立动力学模型并在此基础上提出了一种双闭环PID控制方法;其中,外环实现飞行器的位置控制,使用目标点与反馈回的实际坐标的偏差作为控制器的输入,内环实现飞行器的姿态控制,其姿态的参考量由外环的输出经逆向求解获得的欧拉角与实际姿态角求得的偏差作为控制器的输入;通过PID算法后输出的姿态控制信号,经过四旋翼飞行器“十”字动力学模型解耦得到4个电机的转速控制值,从而完成定点跟踪任务;提出的双闭环PID控制方法在仿真中获得了验证,为飞行器的进一步研究提供了基础。     

基于终端滑模的四旋翼飞行器非线性轨迹跟踪控制

考虑到四旋翼飞行器的传统内外环控制策略依赖时标分离假设,稳定性分析复杂,并且控制参数选取困难的缺点,提出了一种与传统内外环控制策略不同的轨迹跟踪控制器;首先将四旋翼飞行器数学模型进行相应的变换,以分解为高度、偏航角和纵横向三个级联的子系统,再使用终端滑模控制方法设计高度和偏航角子系统的控制器,使两个子系统的状态误差可以在有限时间内收敛到原点,之后基于变量非线性变换设计纵横向子系统的控制器,分析了闭环系统稳定性,证明了所设计的轨迹跟踪控制器可以保证闭环系统跟踪误差渐近稳定到原点,最后仿真实验的结果验证了所设计的控制器的有效性。     

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.     

基于虚拟样机技术倾转四旋翼飞行器联合仿真

为了解决倾转四旋翼飞行器的机械系统及控制系统的设计问题,首先在ADAMS软件中建立倾转四旋翼飞行器的虚拟样机机械模型,同时在MATLAB/Simulink环境中引入了跟踪微分器并建立了非线性串级PID控制系统模型,然后通过搭建共享的虚拟样机模型实现联合仿真,最终得到机械系统和控制系统优化后的设计方案.仿真结果表明:倾转四旋翼飞行器的姿态调整过程稳定,具有很好的动态响应特性,为今后旋翼倾转过程的理论分析打下了良好的基础.     

基于Mahony滤波器和PID控制器的四旋翼飞行器姿态控制

四旋翼飞行器由于其简单的气动布局和复杂的动力学模型在控制领域引起了研究热潮,姿态估计与控制器设计一直是实现四旋翼飞行器稳定飞行的难点。为实现精确的四旋翼飞行器姿态估计,首先分析了IMU传感器示值组成和误差存在的原因,然后在方向余弦矩阵(DCM)和重正交化的基础上,具体给出了Mahony滤波器的实现流程。通过与扩展卡尔曼滤波器对比表明,该算法不仅能保证很高的姿态估计精度,而且计算时间小于扩展卡尔曼滤波器,有助于提高系统姿态估计的实时性。结合Mahony滤波后的姿态信息,采用嵌套PI-PID控制策略设计了控制器。最后,将姿态估计算法和控制算法应用到实验平台上,可以实现四旋翼飞行器悬停和角度跟踪功能。     

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.     

基于跟踪微分器的广义通用模型控制器研究

广义通用模型控制方法是一般模型控制方法的改进,适用于相对阶大于1的被控对象。为克服广义通用模型控制方法要求被控对象状态完全可观测的不足,基于跟踪微分器可以跟踪输入信号,同时估计输入信号微分的特点,将跟踪微分器与广义通用模型控制器相结合,利用跟踪微分器的信号跟踪和微分估计能力,将输出及其微分进行反馈,克服了广义通用模型控制器要求被控对象状态完全可观的局限性。针对相对阶为2的被控对象,仿真实验验证了该方法的有效性和鲁棒性。     

基于改进跟踪微分器的进气压力控制技术研究

高空台进气压力控制系统是高空模拟的关键部分,直接决定了模拟环境的可靠性。然而,其被控对象存在非线性与时滞特性,易导致反馈信号出现相位延迟和受噪声干扰。针对传统方法不能很好解决相位与滤波之间的矛盾,引入Fal函数滤波器,设计了一种改进的跟踪微分器实现对信号的相位补偿和滤波。数值仿真分析表明,改进跟踪微分器比传统相位补偿器具有更强的滤波和相位补偿能力。通过仿真试验证明了改进跟踪微分器在进气压力控制系统中的有效性。该方法可以提升进气压力控制系统的抗干扰能力。     

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.     

带有跟踪微分器的无模型控制器的控制仿真研究

本文介绍了带有跟踪微分器的无模型控制器的基本理论和基本设计方法,比较了该控制方法与非线性跟踪微分器的控制效果.仿真结果表明:带有跟踪微分器的无模型控制器具有的独特的优点,适合于处理带有强干扰以及大时滞系统的控制问题.     

跟踪微分器用于零点配置

1　引言在线性系统理论中 ,只要系统可控 ,通过线性状态反馈可以任意配置系统极点来改善系统的动态性能 .能否通过配置系统的零点来改善系统的动态性能 ,特别是系统的传递特性 ,由于零点配置需用微分环节 ,而传统的“微分器”对噪声敏感 ,很难用于零点配置上 .本文将用信噪比很高的新型“非线性跟踪微分器 (TD)”[1 ] 来提取微分信号 ,从而能够用零点配置的方法来改善系统的动态性能 .数值仿真例子表明本文提出的方法很有效 .2　跟踪微分器用于零点配置如果二阶系统 x-f(x,x) =u是稳定的线性系统 ,即 f(x,x) =-a1 x-a2 x,a1 >0 ,a2…     

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。     

基于有限时间跟踪微分器的迭代学习控制

针对迭代学习控制（Iterative learning control,ILC）中的初始状态问题,提出了采用有限时间跟踪微分器安排过渡过程方法,根据迭代学习控制中期望轨迹已知的特点,设计了其参数有明显物理意义并且调节方便的有限时间跟踪微分器. 在此基础上,针对一类具有不确定性的非线性时变系统的迭代学习控制问题,提出了具有对不确定项进行估计的迭代学习控制算法,并应用类Lyapunov方法给出了相关定理证明. 仿真结果表明所提出的方法是有效的.     

基于PD-ADRC的四旋翼控制器设计

针对四旋翼无人机强耦合、非线性的控制难点,研究设计了一种基于自抗扰控制和比例微分控制的双闭环控制器。首先,分析了小型四旋翼飞行器动力学模型,确定四旋翼无人机的六自由度方程。然后,利用自抗扰控制技术对强耦合、非线性的姿态模型进行了解耦,设计扩张状态观测器对其总扰动进行观测与补偿。其次,设计比例微分控制器对解耦后的系统进行位置跟踪,从而与姿态控制器组成双闭环系统。最后,通过仿真及试飞实验测试系统性能。仿真和试飞结果表明该系统能够完成对控制指令的实时跟踪,并且对干扰具有极强的抑制力。     

基于跟踪微分器的基波测量方法研究

电网基波参数特别是基波频率在谐波分析与治理中具有重要的地位,也是电能质量、电能计量以及电力系统控制等领域的重要技术指标。在非同步采样情况下,针对基于频域法测量基波频率存在频谱泄露现象和测算精度不高的问题,提出了基于跟踪微分器(Tracking Differentiator,TD)的基波参数时域测量方法。该方法的主要思想是将检测到的基波信号通过TD来获取基波跟踪信号及其微分跟踪信号,再通过这两个信号的最大幅值即可获取基波的幅值、频率和初相位参数。仿真结果表明,本文方法只需要60%额定工频周期窗口的样本数据即可获得较高精度的基波参数测算值,是一种有效的基波参数测量方法。     

跟踪微分器在生物雷达中的应用

在探测废墟下存活的人体时,生物雷达很难找到理想的参考信号对采集的信号进行处理.对已有生物雷达信号处理方法性能分析,提出了基于微分跟踪器（TD）的信号处理方法.该方法不需要理想的信号作为参考信号,且收敛性能和鲁棒性好、稳态误差小.MATLAB仿真分析证明了该算法应用于生物雷达信号处理的有效性.