基于双目视觉的无人飞行器目标跟踪与定位

针对小型无人飞行器跟踪目标的问题,提出了一种基于双目视觉和Camshift算法的无人飞行器目标跟踪以及定位算法。双目相机得到的左右图像通过Camshift算法处理可得到目标中心特征点,对目标中心特征点进行三维重建,得到机体坐标系下无人飞行器与目标间的相对位置和偏航角,应用卡尔曼滤波算法对测量值进行了优化,将所得估计值作为飞行控制系统的反馈输入值,实现了无人飞行器自主跟踪飞行。结果表明所提算法误差较小,具有较高的稳定性与精确性。     

无人直升机的姿态增强学习控制设计与验证

针对小型无人直升机的姿态控制问题,考虑到现有基于模型的控制方法对直升机动力学模型的先验信息依赖较大,以及未建模动态系统的影响等问题,设计了一种基于增强学习(RL)的飞行控制算法.仅利用直升机的在线飞行数据,补偿了未建模不确定性的影响.同时为了抑制外界扰动,提高系统的鲁棒性,设计了一种基于误差符号函数积分的鲁棒(RISE)控制算法.将两种算法结合,并利用基于Lyapunov分析的方法,证明了无人机姿态控制误差的半全局渐近收敛.最后在无人直升机飞行控制实验平台上,进行了姿态控制的实时实验验证.实验结果表明,本文提出的控制方法具有良好的控制效果,对系统不确定性和外界风扰具有良好鲁棒性.     

无人战术飞行器的自主控制

阐述了无人战术飞行器的主要特点和性能要求,重点讨论了夫人战术飞行器的自主决策与控制问题。从系统与控制理论的角度提出了无人战术飞行器的自主控制结构;并从拟人思维的实际过程出发,提出了采用分层式智能控制结构解决无人习行器自主决策与控制的技术途径;对环境的辨识、任务的规划以及控制的执行等问题进行研究,给出了一些相应的分析方法。     

无人旋翼飞行器自适应飞行控制系统设计与仿真

为了设计出能适应不同飞行任务的无人旋翼飞行器飞行控制系统,讨论了模型逆控制器原理.提出了神经网络补偿控制器及其权系数在线算法,分析了综合控制器稳定性.导出了无人旋翼飞行器旋转动力学逆控制器和平移动力学逆控制器,设计了姿态内回路控制器和轨迹外回路控制器,确定了共轴旋翼转速驱动电机的控制分配策略.规划了组合机动飞行科目来模拟自动飞行任务.通过仿真验证了自适应飞行控制系统对无人旋翼飞行器水平垂直运动、悬停和航向运动的飞行控制能力.结果表明,所设计的飞行控制系统具有自适应性和鲁棒性,能实现姿态与轨迹的稳定和跟踪控制.     

基于DSP的无人飞行器数据采集系统的设计

现有无人飞行器数据采集均由机载计算机主处理器完成,效率较低,为了提高效率,解决数据采集的可靠性、实时性及精度等问题,设计了一种基于DSP处理器的数据采集系统,该数据采集系统能够对54路模拟量进行巡回采集,给出了系统的软硬件实现方法,在数据采集结束后,系统通过双端口RAM与机载计算机主处理器进行数据传递;为了提高DSP片内ADC的采集精度,()了片内ADC的软硬件校正方法;实验证明,该系统具有较高的可靠性,能够满足飞行控制系统对传感器数据采集的实时性及精度要求.     

无人飞行器伺服系统余度控制接口的设计与实现

介绍了一种在无人飞行器中设计应用的伺服系统余度控制接口,该接口实现了数字总线和模拟量两余度接口控制,可有效提高伺服系统的可靠性和抗干扰能力;分析了无人飞行器机载伺服系统的结构组成和工作模式,选择了CAN总线作为机载数字通讯总线,论述了机载伺服系统余度控制接口的工作原理,同时给出了伺服控制器的硬件接口电路及软件工作流程;实验结果表明余度控制接口工作稳定,控制通道转换平稳,该接口能满足无人飞行器控制系统的要求。     

基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪

本文针对飞行器姿态跟踪控制问题, 考虑系统的内部模型不确定性和外界扰动, 设计了使跟踪误差一致最终有界的控制器. 以四元数为姿态参数, 建立系统的非线性误差模型; 将控制系统分为内环观测器和外环控制器分别设计, 其中, 线性扩张状态观测器作为系统内环将实际系统补偿为标称模型, 而外环非线性控制器则用于镇定非线性标称系统. 最后, 利用Lyapunov理论得到了一致最终有界的稳定性结论, 并基于频域理论, 分析了线性扩张状态观测器阶次对系统性能的影响. 姿态跟踪实验表明, 本文设计的控制系统能够有效实现飞行器的姿态跟踪控制.     

四旋翼无人飞行器的轨迹跟踪与滑模事件驱动控制

四旋翼飞行器作为一个典型的欠驱动的系统,具有强耦合、非线性等特性.针对飞行器外部干扰、和通信资源受限条件下的轨迹跟踪控制问题,进行滑模事件驱动控制方法的研究.首先,分析动力学特性,通过时间尺度分解方法将系统解耦成位置子系统和姿态子系统.其次,将位置子系统转化为严格反馈形式,设计反步滑模控制器,实现位置轨迹稳定跟踪;针对姿态子系统存在时变有界扰动及通信受限,设计滑模事件驱动控制律,在抑制干扰的同时实现对虚拟姿态跟踪指令的跟踪.根据Lyapunov分析方法证明了所设计控制器的稳定性,并通过理论分析证明闭环控制系统不会出现Zeno现象.最后,仿真结果验证了滑模事件驱动控制律在存在外部扰动和通信受限时四旋翼无人飞行器轨迹跟踪的鲁棒性.     

一种基于数据挖掘的无人飞行器故障分析方法

无人飞行器的设计与应用包含了高科技技术的诸多方面,是一个极为复杂的机电系统.为保障可靠飞行,而对其进行故障检测是一件必不可少的工作.提出一种基于故障库(FRDB)的数据挖掘技术,对无人飞行器进行了故障分析研究,并设计了相应的算法.从FRDB数据库中采用选择、投影操作,分离出相关部件的超差字段,形成相应的数据文件,以此建立联机统计分析的基础.而后,又对发生故障的分布规律进行统计分析.测试中重点放在无人飞行器控制系统的各部件,为实现统计分析的自动化和半自动化,必须重视测试数据的规范化处理和数据库的建立.     

无人飞行器数字舵机控制系统设计与应用

针对无人飞行器的使用环境和需求,设计并实现了一种以TMS320F2812为硬件核心的无人飞行器数字舵机控制系统.阐述了系统的组成、功能及工作原理,给出了功能模块的关键电路,介绍了实时控制软件的主要功能模块及算法和流程图.应用结果表明,舵机的可靠性和抗干扰能力得到了提高,系统运行良好,能满足无人飞行器控制系统的要求.     

力矩输入有界的柔性关节机器人轨迹跟踪控制

为解决柔性关节机器人在关节驱动力矩输出受限情况下的轨迹跟踪控制问题,提出一种基于奇异摄动理论的有界控制器.首先,利用奇异摄动理论将柔性关节机器人动力学模型解耦成快、慢两个子系统.然后,引入一类平滑饱和函数和径向基函数神经网络非线性逼近手段,依据反步策略设计了针对慢子系统的有界控制器.在快子系统的有界控制器设计中,通过关节弹性力矩跟踪误差的滤波处理加速系统的收敛.同时,在快、慢子系统控制器中均采用模糊逻辑实现控制参数的在线动态自调整.此外,结合李雅普诺夫稳定理论给出了严格的系统稳定性证明.最后,通过仿真对比实验验证了所提出控制方法的有效性和优越性.     

基于奇异摄动理论的输入有界机器人轨迹跟踪控制

针对机器人轨迹跟踪中驱动扭矩有界的问题.提出一种基于奇异摄动系统稳定性理论的推广算法.通过在控制律中引入含有误差增益的饱和函数,保证扭矩输入绝对值的上界在给定限制范围内.并可通过适当调节误差增益系数改善系统的轨迹跟踪性能.同时,算法中采用仅包含位置跟踪误差信息的线性滤波函数产生用来替代真实速度误差的伪速度误差信号.使得整个系统的闭环控制不需测量转速.根据提出的推广算法,设计了一种全新的输入有界控制律,验证了算法的有效性.仿真试验对比结果表明,该算法能够严格保证扭矩控制输入的有界性,并在相同参数条件下相比于其他算法,具有更优的轨迹跟踪效果.     

基于虚拟结构法的分布式多无人机鲁棒编队控制

针对多无人机编队控制(UAVs)问题,本文提出了一种基于虚拟结构法的非线性鲁棒控制算法.首先将编队控制问题转化成两个子问题:在惯性坐标系下虚拟刚体(VRB)光滑轨迹的生成设计,以及在虚拟刚体坐标系下的无人机编队队形控制设计.针对部分无人机无法直接获取虚拟刚体状态的约束,通过引入相邻无人机的跟踪状态,实现了分布式的编队控制.同时,考虑多无人机近距离编队飞行时相互间的气流扰动影响,设计了基于supertwisting的鲁棒控制算法,提高了编队系统的控制精度和稳定性.利用Lyapunov稳定性分析方法,证明了位置跟踪误差在有限时间内收敛到滑模面,得到闭环系统全局渐近稳定的结果.最后通过实际飞行实验,验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.     

四旋翼无人机三维航迹规划及跟踪控制

无人机航迹规划是指根据地形和威胁分布,规划出满足任务要求的合理航迹.为了满足三维空间快速规划的需求,提出了一种基于人工势场的三维航迹规划方法.首先,定义了目标和威胁物的虚拟力函数,推导出了三维空间参数约束方程,并采用联合威胁概念解决三维空间局部极小和振动问题;其次,引入空间圆弧插补技术生成光滑航迹;此外,为方便跟踪控制,提出了航迹时域化方法;最后,利用动态系统全局渐近稳定定理,设计具有全局Lipschitz的闭环系统,实现了具有内外环严格稳定性的双环轨迹跟踪控制.仿真结果验证了航迹规划和跟踪算法的有效性.     

基于方位信息的无人机编队控制设计与验证

本文主要研究了无人机编队的抗扰跟踪控制设计. 针对各无人机只能获取邻机方位信息的情况, 文章设计了一种新的非线性控制器以完成多无人机系统的编队形成与跟踪任务. 考虑到无人机系统易受外界扰动影响的特性, 采用Leader-Follower式编队方法, 通过引入Leader位置信息来矫正基于方位信息的无人机编队系统的位置漂移.将反步法设计结合自适应设计与鲁棒控制设计, 来补偿未知参数与未知外界扰动对多无人机编队系统造成的影响,提高了多无人机方位编队系统的鲁棒性. 然后, 基于Lyapunov分析方法证明了系统的稳定性. 最后, 搭建了四旋翼无人机编队实验平台, 进行了基于方位信息的编队形成与跟踪飞行实验, 并与PD控制器进行了对比实验. 飞行实验结果验证了算法的有效性与实用性.     

舰载无人机着舰轨迹跟踪鲁棒控制器设计

为确保舰载无人机着舰阶段精确地跟踪下滑轨迹,并且在稳态性能基础上具有更好的瞬态性能,本文在新的等效误差模型的基础上提出了受限指令预设性能控制律设计方法.首先考虑了舵面受限和角速率受限等实际工程问题,引入受限指令滤波方法,然后综合考虑建模误差和外界扰动,引入了连续的双曲正切函数对饱和函数进行近似,并设计了自适应律对模型未知参数进行估计,最后引入了预设性能方法对着舰的瞬态性能进行了重点分析.通过理论推导和仿真验证,证明了本文提出的方法在复杂着舰环境下有较好的瞬态性能和较好的鲁棒性.     

Adaptive control of a quadrotor aerial vehicle with input constraints and uncertain parameters

In this paper, we address the problem of adaptive bounded control for the trajectory tracking of a Quadrotor Aerial Vehicle (QAV) while the input saturations and uncertain parameters with the known bounds are simultaneously taken into account. First, to deal with the underactuated property of the QAV model, we decouple and construct the QAV model as a cascaded structure which consists of two fully actuated subsystems. Second, to handle the input constraints and uncertain parameters, we use a combination of the smooth saturation function and smooth projection operator in the control design. Third, to ensure the stability of the overall system of the QAV, we develop the technique for the cascaded system in the presence of both the input constraints and uncertain parameters. Finally, the region of stability of the closed-loop system is constructed explicitly, and our design ensures the asymptotic convergence of the tracking errors to the origin. The simulation results are provided to illustrate the effectiveness of the proposed method.     

Global tracking for underactuated ships with bounded feedback controllers

In this paper, we present a global state feedback tracking controller for underactuated surface marine vessels. This controller is based on saturated control inputs and, under an assumption on the reference trajectory, the closed-loop system is globally asymptotically stable. It has been designed using a 3 degrees of freedom benchmark vessel model used in marine engineering. The main feature of our controller is the boundedness of the control inputs, which is an essential consideration in real life. In absence of velocity measurements, the controller works and remains stable with observers and can be used as an output feedback controller. Simulation results demonstrate the effectiveness of this method.     

四旋翼飞行器自适应动态面轨迹跟踪控制

针对具有未知外界扰动和系统不确定性集总未知非线性的四旋翼飞行器,提出了一种采用自适应不确定性补偿器的自适应动态面轨迹跟踪方法.通过将四旋翼飞行器系统分解为位置、欧拉角和角速率3个动态子系统,使各子系统虚拟控制器设计能充分考虑欠驱动约束;结合动态面控制技术,通过采用一阶低通滤波器,避免对虚拟控制信号求导;进而设计自适应不确定性补偿器,处理未知外界扰动和系统不确定性,最终确保闭环控制系统的稳定性、跟踪误差一致最终有界和系统所有状态信号有界.仿真研究和实验结果验证了本文提出控制方法的有效性和优越性.