基于变结构动态逆控制的平流层飞艇时间最优航迹设计

解决平流层飞艇自主航行的首要问题就是航迹规划。飞艇模型具有高度非线性,因此利用动态逆控制理论,通过非线性反馈和动态补偿实现飞艇非线性系统精确线性化,以方便使用庞特里亚金极小值原理设计飞艇时间最优航迹。同时以动态逆控制作为控制内环,以滑模变结构控制作为控制外环,设计双层结构的变结构动态逆航迹跟踪控制系统,实现对飞艇理想航迹的跟踪。该方法将动态逆控制的非线性解耦能力、变结构控制的鲁棒性能与庞特里亚金极小值原理有机结合,可以用来解决平流层飞艇定点悬停控制、悬停点间机动控制等问题,具有很好的工程实用价值。     

基于联合滤波算法的复杂时变系统在线自适应逆控制

针对一类结构和参数均具备时变特性的复杂时变系统,提出一种新的基于联合滤波算法的在线自适应逆控制方法.该方法在处理参数时变问题的同时可兼顾系统的结构时变特性,实现复杂动态系统的在线跟踪控制.同时提出新的联合Volterra核函数滤波算法,该算法克服了原Volterra滤波器计算复杂运算速度慢的缺点,实现了动态非线性系统的在线跟踪控制.通过仿真分析可以得出,对于此类线性、非线性复杂时变系统,基于新的联合滤波器的自适应逆控制方法可以快速有效的实现动态对象在线建模与控制.     

四旋翼吊挂变质量负载建模与控制方案设计

针对四旋翼无人机吊挂变质量负载系统中存在负载摆动和外部干扰影响飞行性能的问题,设计了一种基于扩展状态观测器(ESO)和反步控制法相结合,具有内外环结构的控制方案.首先由牛顿-欧拉方程建立了四旋翼吊挂变质量负载系统的动力学模型,建立的四旋翼吊挂变质量负载系统的牛顿-欧拉动力学模型便于理解以及与实际应用相结合;其次在控制方...     

基于逆动力学模糊规则的单元机组协调控制

通过单元火电机组动态特性分析,获得了一种简单的机组负荷对象逆动力学模型结构.建立了单元机组逆动力学过程模糊规则(IDFR)模型,并利用递推最小二乘辨识方法对机组逆动力学过程模糊规则进行在线修正.将IDFR直接作为控制规则,提出了一种基于IDFR的机组负荷控制方法,构造了单元机组负荷对象协调控制系统.通过仿真实验考察了所提出的控制系统的有效性和适应性.     

基于模糊神经网络的冗余度变几何桁架机器人自适应控制

本文提出了一种基于模糊神经网络（FNN）的机器人位置自适应控制方法．利用模糊 神经网络模型来辨识冗余度变几何桁架机器人的逆动力学模型,用常规反馈控制器完成外部 干扰的补偿和闭环控制．并以四重四面体变几何桁架机器人为例进行仿真计算,表明该控制 方法具有良好的轨迹跟踪精度和抗干扰能力．     

基于UKF的移动机器人主动建模及模型自适应控制方法

利用基于无色卡尔曼滤波（Unscented Kalman Filter, UKF）的状态和参数联合估计方法对移动机器人进行在线主动建模,基于该主动模型的逆动力学控制方法,实现了移动机器人对其自身不确定因素的自主性. 在针对全方位移动机器人的仿真实验中,验证了UKF对时变的状态和参数的收敛性和跟踪能力,并给出了不确定界. 基于主动建模的逆动力学控制方法与常值PID控制方法的比较结果,验证了该方法的有效性.     

基于动态模糊神经网络的航迹跟踪控制研究

论文提出了一种动态模糊神经网络(DFNN)控制算法用于欠驱动水面艇的航迹跟踪控制研究.动态模糊神经网络控制算法集合了模糊系统知识的方便表达和神经网络的强大学习功能.动态模糊神经网络无需任何先验知识和迭代学习,结构和参数同时调整,能充分逼近水面艇的逆动力学模型.同时,动态模糊神经网络能够在线调整权值,确保系统具有快速准确的跟踪性能,克服了由模型参数变化引起的不确定性的影响,具有一定的理论研究意义和实际应用价值.论文的研究通过在MATLAB/Simulink环境中进行仿真验证其有效性.     

共轴式无人直升机建模与鲁棒跟踪控制

针对共轴式无人直升机非线性、强耦合的动力学特性,本文提出了一种基于动态反馈线性化方法的鲁棒跟踪控制策略.首先根据叶素理论、Pitt-Peters动态入流模型、上下旋翼气动干扰分析建立了共轴式无人直升机的数学模型.然后对于高度-姿态子系统,通过扩展状态变量对其进行了动态反馈线性化,分析了零动态特性.根据内环期望跟踪特性对解耦后的子系统进行极点配置.通过设计鲁棒补偿器实现了对高度与姿态指令的鲁棒跟踪.在此基础上,针对水平面内的位置子系统设计了外环比例微分(proportional-derivative,PD)控制器以实现位置跟踪.最后,通过内环跟踪仿真验证了反馈线性化方法良好的解耦特性,通过干扰条件下的轨迹跟踪仿真验证了所设计控制器具有较好的控制性能与鲁棒性.     

双臂协调搬运过程中基于变阻抗模型的位置/力混合控制

针对双臂协调搬运中同时存在外部干扰和内力约束的复杂耦合运动,提出了一种基于变阻抗模型的内外位置/力混合控制策略.首先,分析了闭链系统下面向被操作对象的运动规划和动力学模型.然后,根据协调搬运特性将任务空间正交解耦为外环的位置自由子空间和内环的力约束子空间,对于位置子空间中的外部干扰采用阻抗模型进行轨迹跟踪,对于力约束子空间中的内力约束采用变阻抗模型进行力跟踪.最后,在搭建的仿真环境和物理环境中对双臂协调搬运物体进行实验验证,实验结果表明所提算法对于外部干扰表现出柔顺性并满足内力约束条件.     

多无人直升机的相对动力学建模方法及其编队控制

本文将多无人直升机编队控制分解为若干对具有主从结构的无人直升机相对状态控制问题,并提出利用相对动力学建模方法设计编队控制器.无人直升机相对动力学由6自由度空间刚体相对动力学和单体直升机飞行动力学两部分组成.基于这种相对动力学模型利用反馈线性化和扩展高增益观测方法设计具有内外环阶梯结构的控制器.最后,通过仿真验证了这种方法能够跟踪给定期望值并具有一定扰动抑制能力.     

空间飞行器姿态控制器设计与仿真

该文对空间飞行器姿态系统设计了一种变结构控制器。首先,应用误差四元数法描述空间飞行器姿态运动。同时,在考虑结构摄动和外界扰动的界未知情况下,其基本方法是采用模糊规则优化滑模变结构控制的设计,并且能够在线对结构摄动和外界扰动的界进行估计,使得系统轨迹既能快速趋近滑动面又能降低抖振,从而提高了变结构控制系统的品质。仿真结果表明,该系统对模型：不确定性和外来干扰具有较强的鲁棒性,同时避免了变结构系统固有的抖振问题,性能令人满意。     

Robust attitude tracking control of small-scale unmanned helicopter

Robust attitude control problem for small-scale unmanned helicopters is investigated to improve attitude control performances of roll and pitch channels under both small and large amplitude manoeuvre flight conditions. The model of the roll or pitch angular dynamics is regarded as a nominal single-input single-output linear system with equivalent disturbances which contain nonlinear uncertainties, coupling-effects, parameter perturbations, and external disturbances. Based on the signal compensation method, a robust controller is designed with two parts: a proportional-derivative controller and a robust compensator. The designed controller is linear and time-invariant, so it can be easily realised. The robust properties of the closed-loop system are proven. According to the ADS-33E-PRF military rotorcraft standard, the controller can achieve top control performances. Experimental results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.     

Robust attitude controller design for miniature quadrotors

This paper addresses the robust attitude control problem of miniature quadrotors. A simplified linear dynamical model is obtained for each attitude angle, whereas nonlinear dynamics, interaxis coupling, parameter perturbations, and external disturbances are considered as uncertainties. For each channel, a linear time‐invariant and decoupled robust controller are proposed based on a linear reduced‐order observer and a robust compensator. The observer is applied to estimate the angular velocities, and the robust compensator is introduced for reducing the effects of uncertainties. It is proven that the estimation errors of angular velocities and angular tracking errors can converge to the given neighborhood of the origin in a finite time. Experimental results on the miniature quadrotor are presented to verify the effectiveness of the proposed control approach. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

预测增量动态逆无人机姿态控制

针对小型无人机模型参数精度不高的问题,提出一种预测增量动态逆姿态控制方法。该方法以角加速度作为姿态控制的反馈,从而降低了控制系统对模型参数的敏感性。根据无人机力矩方程,先将角加速度计算式写成增量形式;再根据非线性动态逆方法构建出角加速度为隐式输入、舵面偏转量增量为输出的直接关系式;在控制器中引入预测滤波器,对角加速度进行滤波和预测,提高反馈信号的精度和实时性。飞行实验表明方法是有效性的。     

Attitude Control of Multiple Rigid Bodies with Uncertainties and Disturbances

Decentralized attitude synchronization and tracking control for multiple rigid bodies are investigated in this paper. In the presence of inertia uncertainties and environmental disturbances, we propose a class of decentralized adaptive sliding mode control laws. An adaptive control strategy is adopted to reject the uncertainties and disturbances. Using the Lyapunov approach and graph theory, it is shown that the control laws can guarantee a group of rigid bodies to track the desired time-varying attitude and angular velocity while maintaining attitude synchronization with other rigid bodies in the formation. Simulation examples are provided to illustrate the feasibility and advantage of the control algorithm.      

高超音速BTT巡航飞行器变结构控制系统设计

针对高超音速BTT巡航飞行器气动参数变化大,动力学特性具有气动、惯性交叉耦合和运动学耦合的特点,采用了基于反馈线性化和变结构理论的控制器设计方法.首先利用时间尺度理论将控制系统分为快变量和慢变量两个子系统,然后应用动态逆反馈分别对子系统进行线性化解耦,最后根据线性变结构理论单独设计各通道控制器.仿真结果显示基于方法设计的姿态控制器可以确保对指令跟踪的精确性和鲁棒性,姿态指令跟踪无静差,响应超调量小于10%.     

Adaptive Sliding Mode Control for Re-entry Attitude of Near Space Hypersonic Vehicle Based on Backstepping Design

Combining sliding mode control method with radial basis function neural network (RBFNN), this paper proposes a robust adaptive control scheme based on backstepping design for re-entry attitude tracking control of near space hypersonic vehicle (NSHV) in the presence of parameter variations and external disturbances. In the attitude angle loop, a robust adaptive virtual control law is designed by using the adaptive method to estimate the unknown upper bound of the compound uncertainties. In the angular velocity loop, an adaptive sliding mode control law is designed to suppress the effect of parameter variations and external disturbances. The main benefit of the sliding mode control is robustness to parameter variations and external disturbances. To further improve the control performance, RBFNNs are introduced to approximate the compound uncertainties in the attitude angle loop and angular velocity loop, respectively. Based on Lyapunov stability theory, the tracking errors are shown to be asymptotically stable. Simulation results show that the proposed control system attains a satisfied control performance and is robust against parameter variations and external disturbances.      

自主飞艇俯仰角姿态动力学建模及控制

针对平流层信息平台-自主飞艇动力学特性与升降舵操纵角之间的非线性关系,建立飞艇俯仰角姿态动力学模型,将离散滑模变结构控制方法应用于飞艇的俯仰角姿态控制,从理论上证明所提控制方法对控制系统的渐近稳定性,而且有效削弱了跟踪误差轨迹在滑动过程中的抖动现象,增强了控制系统的鲁棒性,计算机仿真实验不仅表明所建立的飞艇俯仰角姿态动力学模型是正确的,离散滑模变结构控制方法适于飞艇的俯仰角姿态跟踪误差的控制,而且验证了对本文提出的控制方法的理论分析.     

欠驱动刚体航天器姿态机动滑模控制研究

针对欠驱动刚体航天器的姿态机动控制问题,提出一种滑模变结构姿态控制器的设计方法.首先给出3轴稳定的欠驱动航天器姿态动力学和运动学模型,分析其模型特点;然后,设计了欠驱动刚体航天器的渐近稳定滑模控制律,并证明了其李雅普诺夫意义下的全局渐近稳定性.最后的仿真结果表明,该方法能够有效实现欠驱动航天器的姿态控制,且系统具有全局稳定性和鲁棒性.     

基于变结构理论的高超音速飞机纵向逆飞行控制

针对高超音速飞机模型的高度非线性、强耦合、参数不确定等特点，提出了基于变结构理论的动态逆控制方法．该方法将逆控制的非线性解耦能力与变结构理论的强鲁棒性能有机结合，确保了高超音速飞机飞行的纵向稳定性，改善了其控制性能．仿真研究表明该控制方法对于高超音速飞机是可行的．