基于四元数的四轴无人机姿态的估计和控制

介绍一种只需少量计算就可实现四轴无人机姿态的估计和控制的新颖方法。整个算法采用四元数表示,四元数运算基于惯性测量单元(IMU)的加速度和陀螺仪传感器。姿态估计使用四元数代替三角函数,允许用加速度数据分析推导和优化梯度下降算法来减少由陀螺仪传感器产生的误差。姿态控制将当前姿态与目标姿态的姿态误差反馈到PD控制器来实现想要的目标姿态。姿态估计中用到的梯度下降算法通过四元数对应的欧拉角的均方误差验证,静态均方误差小于0.945°。实际的飞行测试可以实现一个稳定的飞行,同时验证了姿态控制算法。     

基于自抗扰技术的四旋翼姿态解耦控制方法

针对小型四旋翼飞行器姿态控制问题,基于姿态非线性耦合数学模型,设计了一种自抗扰姿态控制器。引入自抗扰控制技术,介绍了自抗扰控制器结构,包括安排过渡过程,扩张状态观测器以及非线性状态误差反馈。针对模型非线性耦合特点,介绍了多变量系统的自抗扰解耦控制原理,并设计了一种自抗扰姿态解耦控制器。基于Simulink搭建仿真模型进行了仿真。参数整定及仿真结果表明,所设计自抗扰控制器具有强鲁棒性、抗干扰性,系统具有良好的动态性能和稳态性能,对非线性耦合系统能有效地控制。     

四元数算法在姿态矩阵解算中的研究

SINS是直接利用计算机来模拟载体的姿态矩阵,然后根据模拟出的姿态矩阵解算出载体的姿态和航向信息。姿态矩阵的计算是捷联惯导算法中最重要的一部分,也是捷联式系统所特有的。所以,对于姿态矩阵的研究是非常必要的,文章以四元数算法为基础,主要研究整体-四元数和分解-四元数算法。通过建立线性化误差模型,将这两种算法的精度进行比较分析和仿真对比,结果表明分解-四元数算法比整体-四元数算法精度更高。     

基于四元数的四旋翼飞行器姿态解算研究

四旋翼飞行器的飞行控制效果取决于姿态信息获取的准确性,所以姿态解算是飞行器研究的关键技术。针对目前飞行器高动态特性和复杂环境下的姿态解算误差较大的问题,提出一种基于四元数的二阶互补滤波算法,通过增加一个PI反馈控制环节,能更好地利用多传感器进行姿态融合,使经典互补滤波算法中的低通阻带衰减速度过慢、陀螺仪漂移等问题得以改善。同时文中自主设计了IMU系统,完成数据采集和姿态解算算法的实现,分别进行三轴转台实验,改进后姿态解算的结果表明,无论是在静态还是动态环境下,俯仰、横滚角的误差小于0.5°,验证了该算法的可行性。     

基于自抗扰控制器的柴油机转速控制

当柴油机作为转速控制系统的被控对象时,是一个多变量强耦合非线性系统,采用经典PID控制难以得到满意的控制效果,但是自抗扰控制理论设计的控制器,能够提高调速系统的精度、准确度和柴油机的抗扰动能力。本文主要介绍了自抗扰控制技术(Active Disturbance Rejection Control Technique,ADRC),并且根据自抗扰控制技术设计了切实可行的自抗扰控制器,通过与PID控制的仿真比较,显示出自抗扰控制器对转速控制的较小超调量和较短调节时间,反应出良好的动态性能和稳态特性。     

彩色图像的四元数径向矩仿射不变量

为了研究彩色图像的不变量特性,本文把传统灰度图像的不变量理论推广到四元数层面上来,定义了彩色图像的四元数径向矩并构造了该矩函数的仿射不变量。采用四元数对彩色图像建模,可以充分利用彩色图像整体信息,实现彩色图像RGB通道的并行处理。实验结果表明,彩色图像的四元数径向矩仿射不变量的稳定性要优于L.V.Gool等人提出的彩色矩仿射不变量,其数值稳定性(σ/μ值)提高了一个数量级。本文所提出的四元数径向仿射不变量可以作为模式识别中彩色目标的特征描述子。     

异步四元数神经网络模型的能量函数研究

本文证明了异步离散四元数神经网络模型在其动力学演化过程中，网络的能量函数单调递减，网络最终将稳定在一个平衡态上，存贮图像在能量函数空间中对应一能量极小点，为网络的稳定吸引子。     

基于四元数主成分分析的人脸识别算法

本文把四元数矩阵运算引入主成分分析,提出了一种应用于彩色图像的四元数主成分分析人脸识别算法。该算法首先用四元数矩阵模型表示彩色人脸图像,然后求该四元数矩阵的协方差矩阵,及其特征向量,通过将彩色人脸图像投影到四元数协方差矩阵特征向量组成的特征空间,比较其与已知人脸在特征空间的位置,从而达到识别彩色人脸的目的。实验表明,采用该算法能得到比经典的特征脸法更高的识别率。     

自抗扰技术在高精度跟瞄系统中的应用

介绍了一种应用于高精度跟瞄系统的自抗扰控制器。通过与常规PID比较,对该控制器进行了功能分析,并结合实际系统,分析出其在控制上的优越性;分别采用PID控制器和自抗扰控制器对高精度跟瞄系统的速度环进行了设计。在Matlab仿真和实验验证中得到了一致的结果:自抗扰控制器能改善伺服系统的速度响应特性,可以实现阶跃响应快速无超调。在突发扰动条件下,自抗扰控制器的跟踪精度稳定性和鲁棒性均优于常规PID控制器。     

基于ADRC与QFT技术的滚转导弹复合鲁棒控制

滚转是导弹突破定向能武器攻击的一种有效手段。滚动通道的主要任务是克服外扰的影响,给弹体提供精确的滚转角速度,这里将通过一个自抗扰控制器（ADRC）实现这一目的。针对俯仰一偏航通道,设计了一个基于定量反馈理论（QFT）的控制器,以克服通道间的运动耦合及参数的大范围变化,准确跟踪姿态指令。数字仿真结果表明,这种复合控制器具有很强的鲁棒性及良好的动态性能。     

航空光电稳定平台的二级自抗扰控制器

为了进一步提高两轴四框架航空光电稳定平台的抗 干扰能力,提出了一种二级自抗扰控制器(ADRC)的新方法。首先,在外框架中加入高精度陀 螺仪,使其具备扰动抑制能力;然后分别在内外框架中,采用带宽单参数化的设计方法设计 ESO及带扰动补偿的二级自抗扰控制规律;最后,在飞行模拟转台中测试(ADRC)对2.5Hz以内任意频率扰动的抑制能力。实验结果表明,对比于传统的平方滞后 超前控制器,采用二级ADRC,系统的扰动隔离度至少提高9.65dB, 且随着扰动频率大于0.5Hz,扰动隔离度的提高更为明显,最优情况 已达到16.08dB;同时,二级ADRC具有很强的鲁 棒性,允许被控对象参数在17%的范围内浮动,满足了高精度航空光 电稳定平台的性能要求,对提高航空光电稳定平台控制系统的抗扰动性能具有较高的实用价 值。     

基于激光测距的导弹发射车定位系统设计

为缩短某型导弹发射车占领阵地准备时间,提高导弹发射车对点定位精度,设计了一种基于激光测距的定位系统,此方法利用了激光测距仪以及步进电机、CCD感光板和单片机来进行设计。此系统能辅助驾驶员快速引导导弹发射车准确对点定位.对提高导弹武器可靠性和整体作战性能具有重要意义;在导弹发射车车速小于25km/h的前提下,其测距定位效果非常明显,在实际中有很大的应用价值。     

面黑体辐射源的温度自抗扰控制

设计了一种基于自抗扰控制(ADRC)的面黑体辐射源温度控制系统,通过对系统状 态与未知扰 动进行实时的观测和有效的补偿,提高了黑体辐射源的控温品质。在实际应用中,为了平衡 控制输入大小与 扰动估计速度,将扩张状态观测器(ESO)参数β03改造为 分段函数以避免扰动估计量过大引起的饱和作用。结合LabVIEW软件的图形 化编程,在Compact RIO实时控制器中实现黑体辐射源的温度控制和实验数据采集。通过在 控制软件界面 中实时观测系统各状态,从而快速有效地整定控制器参数。实验结果表明,ADRC算法能够 有效地提高面 黑体辐射源的温控品质,温度稳定性达到9min,并且有着更强的抗扰能力。     

基于ADRC的黑体辐射源温控系统

黑体辐射源广泛用于红外成像系统的校正,在实际应用中要求黑体空腔在整个腔面区域上具有稳定、均匀的温度场,为了提高控温精度,本文设计了一种基于自抗扰控制的黑体辐射源温度控制系统.首先,基于黑体辐射源的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下进行ADRC控制算法的仿真,并与传统的PID和Smith预估计控制算法进行比较.仿真结果表明自抗扰控制算法具有响应快、精度高以及良好的设定值跟踪能力;其次,利用LabVIEW软件的图形化编程实现了离散ADRC的编程;最后,在Compact RIO实时控制器中实现黑体辐射源的温度控制和实验数据的采集.实验结果表明,此温控系统提高了黑体控温的精度,温度稳定性优于0.03℃/10 min,并且该算法有着更强的自抗扰能力.自抗扰控制算法通过对系统状态与未知扰动进行实时的观测和有效的补偿,提高了黑体辐射源的控温品质.     

Anti-slip Control for Unmanned Underwater Tracked Bulldozer Based on Active Disturbance Rejection Control

The unmanned underwater tracked bulldozer (UUTB) plays an essential role in dredging and clearing riverbed obstacles in flood season. The track slip leads to instability and energy consumption while the UUTB sinkage into the soft sediment on the riverbed. The track anti-slip control strategy is proposed based on active disturbance rejection control (ADRC) in this article. An identification strategy of optimal slip rate is investigated by the method of adaptive step coefficient. The motion model of UUTB is established by the RecurDyn environment. The track traction system, anti-slip controller and adaptive slip rate identification strategy are established in the MATLAB/Simulink environment. The ADRC based anti-slip rate control strategy is verified by the co-simulation of RecurDyn and MATLAB/simulink. Two conditions with different slippery ground is established to verify the anti-slip rate control strategy. Simulation and experimental results indicate that the proposed ADRC-based anti-slip rate control strategy can effectively reduce the slip rate and improve the operating stability of the UUTB prototype. The significance of this paper is to alleviate the problem of poor mobility caused by track slipping when the UUTB underwater operation.     

基于自抗扰控制半潜平台动力定位控制器设计

本文采用自抗扰控制技术,设计了半潜式平台动力定位控制器.跟踪微分器实现给了平台定位置的快速稳定跟踪;非线性扩张观测器能进行平台运动位置、速度和系统扰动的估计,通过非线性反馈控制对系统总扰动进行补偿,实现了平台定位的精确控制.经仿真实验验证：该控制器具有响应快、精度高、稳定性好,抗干扰能力强、鲁棒性强等优点.     

基于Ackermann规则的离散全程灰色滑模控制在数字导弹姿态控制系统中的应用

针对数字式导弹姿态控制系统的参数具有时变性和不确定性的特点,设计了一种离散变结构控制器.该控制器结合了Ackermann规则设计切换函数简单、易行的优点和全程滑模控制器的全局鲁棒性的长处.同时引入灰色理论,设计了灰色补偿控制项,用于克服数字导弹姿态控制系统的不确定项对系统造成的影响.结果表明,该控制器在导弹姿态控制系统中的仿真效果较为令人满意.     

改进型自抗扰控制技术在电罗经直航向误差建模中的应用

为减小舰船直航向运动情况下风、流、摇摆等对电罗经航向造成的随机误差影响,提高舰船直航向运动时电罗经指向精度,采用高阶AR模型对电控罗经随机误差进行建模和预测,将之与自行设计的改进型自抗扰控制技术相结合,实现模型的抗扰动处理。通过与标准自抗扰控制器和H∞Kalm an滤波器进行对比表明,采用改进型自抗扰控制技术与高阶AR模型结合的方法较为有效地抑制了电罗经航向随机误差,为减小电罗经直航向误差提供一种行之有效的方法。