状态受限的小型无人直升机轨迹跟踪控制

无人直升机模型阶数比较高,设计常规反步控制器面临繁琐的对虚拟控制输入信号求导过程.针对此问题,设计了一种基于滤波器的反步控制方法.该方法通过滤波器而非直接解析地对虚拟控制量进行求导,从而显著简化了反步控制律的计算过程.在滤波器设计过程中,通过限制中间虚拟控制信号的幅值,变化速率以及带宽,以满足系统对状态变量及控制输入信号的约束要求.李雅普诺夫稳定性分析证明了直升机补偿跟踪误差全局指数稳定.仿真研究验证了该方法的有效性.     

小型无人直升机悬停状态自适应模糊PID控制器设计

小型遥控直升机在实际应用中主要是完成航拍,为了实现小型直升机水平姿态的自动平衡,将其升级为无人直升机.针对小型直升机的降阶模型,提出了一种便于单片机实现的、针对悬停作业时小型无人直升机自适应模糊PID控制器的设计方法,能对PID参数进行动态整定,实现无人直升机悬停状态时水平姿态的平衡,仿真实验表明,自适应模糊PID控制器的动态性能好、稳态精度高、鲁棒性较强,宜适用于小型无人直升机的增稳控制.     

基于滤波反步法的无人直升机轨迹跟踪控制

针对无人直升机模型阶数比较高,设计常规反步法控制器时面临着对虚拟控制输入信号求导过程较为繁琐的缺陷,提出一种基于滤波器反步法的控制方法.首先,通过滤波器而非直接解析地对虚拟控制量求导,从而显著简化了反步控制器的设计过程,而且由于导数是通过积分过程而非微分得到,大大降低了测量噪声的影响;然后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了补偿跟踪误差是全局指数稳定的;最后,通过仿真结果进一步验证了所提出方法的稳定性和有效性.     

小型无人直升机的纵向横向解耦优化控制

论文根据小型无人直升机的机理建立了数学模型,并在悬停状态下近似线性化,运用Matlab的非线性控制工具箱(NCD)设计了具有很强鲁棒性的控制器,实现了对于小型无人直升机的纵向和横向的解耦控制,仿真结果证明了方法的有效性。     

小型无人直升机的数学建模与仿真

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行精确的数学建模.本文以Raptor90小型无人直升机为研究平台,综合考虑了直升机在不同飞行模态下的飞行特性,利用基于叶素理论的积分算法,对直升机进行非线性建模,并对所建模型进行数值仿真.仿真结果表明,所建模型能够较好的反应直升机的动态响应特性,所建模型具有较高精度,可基于此模型进行飞行控制器的设计.     

小型无人直升机反步自适应控制

针对具有强非线性、高度耦合以及参数不确定性特点的小型无人直升机系统,提出一种基于小脑模型关节控制器（Cerebellar Model Articulation Control,CMAC）神经网络的自适应反步控制方法,该方法采用小脑模型关节控制器神经网络在线学习系统不确定性以及反步控制中各阶虚拟控制量的导数信息,设计鲁棒控制项克服CMAC神经网络在线学习系统不确定性的误差,控制律由反步法回归递推得到。仿真结果表明,在模型参数不确定和存在较大误差的情况下,所设计的控制律具有理想的姿态跟踪性能以及良好的鲁棒性。     

基于PowerPC和FPGA的小型无人直升机飞行控制计算机系统设计

针对小型无人直升机体积小、负载轻和飞行控制计算量大、实时性要求高的特点,提出了一种基于PowerPC和FPGA主从处理器结构的飞行控制计算机系统设计方法,该设计主处理器采用MPC8280通用嵌入式双核处理器,从处理器采用XC3S400FPGA处理器;PowerPC多任务软件基于VxWorks实时操作系统,FPGA软件采用多进程结构;相比传统的飞行控制计算机系统,基于PowerPC和FPGA主从处理器结构的飞行控制计算机系统具有结构紧凑、功耗低、处理能力强、实时性好和资源利用率高的特点;采用基于Pow-erPC和FPGA的飞行控制计算机系统的小型无人直升机实现了自主飞行,验证了该飞行控制计算机系统设计的有效性和合理性。     

微小型无人直升机协调转弯的控制和实现

针对微小型无人直升机( MUH)协调转弯的问题,提出了控制策略和实施方案。首先在MUH数学模型的基础上,建立了MUH的状态方程,灰箱辨识得到其参数;然后分析了协调转弯的工作原理,并以无人直升机的军标ADS-33E-PRF作为参考,利用Matlab sisotool工具箱设计了协调转弯控制器,反复调整参数使其满足军标的level1标准;最后基于该对象和设计的控制器,在3~6m/s的风速下,进行了实物飞行实验。实际飞行结果表明：协调转弯控制姿态稳定,速度误差在±0.5 m/s以内,高度保持相对稳定,误差在±1.2 m以内,水平曲线近似一个圆,XY位置误差在8%以内。结果验证了所设计的协调转弯控制器可靠,工程上能实现,具备良好的鲁棒性和动态性能。     

小型无人直升机发动机转速控制系统设计

良好的活塞式汽油发动机控制系统是小型无人直升机稳定飞行和保持恒定转速的前提条件.本文针对某型无人直升机发动机控制系统中采用的GV-1进行控制器参数的辨识,最后基于自抗扰控制技术设计出简单、可靠和成本低廉的转速控制器,实验结果表明,该控制器可以到达稳定飞行的需要.验证了所设计的控制器的有效性,可进一步简化小型无人机的转速...     

基于ARM的自主无人直升机软件系统设计

根据小型无人直升机飞行控制系统高性能,小体积等特点,提出并设计实现了以AT91SAM7SE（512）微控器作为核心的自主无人直升机控制系统设计方案。详细描述了整个系统的软硬件构架,提出了具体的控制实现方案,重点介绍了飞行控制软件的各个模块的功能。流程图以及代码实现。     

小型无人直升机着陆高度单目视觉测量方法

针对小型无人直升机自主降落过程中姿态发生变化和非差分GPS高程精度不高的情况,研究了一种基于单目视觉的小型无人直升机离地高度测量方法,用于提高自主降落的品质。在机体姿态角已知的情况下,识别提取降落图标中相互平行的特征直线段,并根据机载摄像头投影模型,实时求解机体降落过程中的离地高度。在测量系统上进行了实体实验,验证了所提出的方法,实验结果表明:该方法特征识别率高,在机体平面与地面存在倾角时,输出结果的实时性与准确性亦均能满足小型无人直升机自主降落要求。     

小型无人直升机的无模型自适应鲁棒控制设计

本文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系统动力学模型的依赖性,以及未建模动态对系统控制性能的影响,设计了一种新的基于数据驱动的无模型自适应鲁棒控制律.通过基于数据驱动的设计方法,降低了控制器对直升机动力学模型先验知识的依赖,补偿了未建模不确定性的影响.仅利用无人直升机的输入输出数据,即可实现对无人直升机系统的稳定姿态控制.然后本文结合离散滑模控制设计,补偿了未知外界扰动的影响,提高了系统的鲁棒性,并通过理论证明了控制误差的收敛性和闭环系统的稳定性.最后,在本研究组自主开发的无人直升机飞行控制实验平台上,进行了无人机实时控制实验.实验结果表明,本文所提出的控制算法取得了很好的姿态控制效果,并对系统不确定性和外界风扰动具有良好的鲁棒性.     

纵列式无人直升机建模及其精确线性化方法研究

利用牛顿-欧拉法对纵列式无人直升机的近似悬停模态进行数学建模，得出标准仿射非线性状态方程，然后应用状态反馈精确线性化方法进行设计．仿真结果表明，系统输出可稳定跟踪给定信号．     

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.     

适应扰动的无人直升机姿态跟踪控制

无人直升机在实际飞行过程中,会受到阵风等外界因素的干扰,并且模型不确定性也会对控制效果带来不利影响.为应对这些挑战,本文设计了一种基于扩张状态观测器的自抗扰反步控制器.首先,建立了无人直升机姿态动力学模型.随后,引入扩张状态观测器,用以实时观测由外界扰动和模型不确定性组成的总和扰动.观测得到的总和扰动估计值与基于Lyapunov函数的反步法控制器控制算法相结合,用以消除总和扰动的影响,使得无人直升机在各种飞行条件下均能对运动指令进行快速和准确的跟踪.最后,仿真研究和飞行实验验证了该控制律的有效性.与同等条件下的PID控制器相比,该控制律表现出更优的飞行性能.     

小型无人直升机的姿态与高度自适应反步控制

针对小型无人直升机的姿态与高度控制问题, 本文提出了一种基于反步法的自适应控制策略. 具体而言, 首先对小型无人直升机的运动学模型进行了等效变换, 使系统中未知参数满足线性参数化条件, 然后应用反步法设计了包含主旋翼挥舞模型的姿态与高度自适应控制器, 并借助Lyapunov方法和芭芭拉定理对闭环系统的稳定性进行了严格的数学分析. 最后, 对该控制器的性能进行了仿真验证, 结果表明在直升机质量和惯性矩阵存在不确定性(未知)的情况下, 该控制算法依然能够取得良好的控制效果.     

基于PIDNN的六旋翼无人机飞行控制算法研究

针对六旋翼无人机比例-积分-微分(PID)控制器参数优化困难的问题,采用了PID神经网络(PIDNN)控制方法,利用其非线性映射和自学习的特性,实现了姿态控制参数的动态调整,增加了系统的自适应性.为验证方法的有效性,通过Matlab的Simulink模块构建了六旋翼无人机数学模型;利用S函数实现了基于反向传播(BP)算法的PIDNN控制器;将仿真结果与传统PID控制效果进行对比,结果表明:在缩短姿态调整时间与减少超调量方面,PIDNN方法控制效果优于PID方法.     

无人直升机航向自抗扰控制

针对无人直升机系统航向通道扰动大等问题,本文设计了一种自抗扰控制算法来实现其高性能控制.首先分析了航向通道的动态模型,并通过数学变换,将其转化为一类二阶系统;在此基础上,本文设计了适用于无人机航向通道的自抗扰控制策略,它由跟踪微分器、扩展状态观测器、控制器3个环节构成.本文对所设计的自抗扰控制策略进行了仿真和实验测试,并与常见的串级控制方法进行了对比分析.仿真与实验结果表明:这种自抗扰控制策略具有对扰动抑制能力强、控制精度高等优点,其控制性能明显优于常规的串级比例–积分–微分控制方法.