无人机吊挂飞行系统的减摆控制设计

主要考虑了四旋翼无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）吊挂飞行系统的位置控制及负载摆动抑制的设计问题.在存在欠驱动特性以及未知系统参数的约束下,本文基于能量法设计了一种非线性控制策略,实现了对无人机位置的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性,位置误差的收敛及摆动的抑制.实验结果表明本文提出的控制策略取得了较好的控制效果.     

四旋翼无人机吊挂系统防摆控制方法研究北大核心CSCD

为了解决四旋翼无人机在吊挂负载飞行过程中吊挂负载在其水平方向摆角波动过大、不能消除、四旋翼无人机无法精确定位等实际工程问题,通过能量分析的方法研究提出了一种基于能量分析的四旋翼无人机吊挂飞行系统非线性耦合防摆控制器。首先,采用拉格朗日法建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统的二维动力学模型;然后,通过非线性能量耦合的方法设计了针对此系统的非线性耦合防摆控制器,通过拉塞尔不变性原理和李雅普诺夫方法证明了该闭环反馈控制系统的稳定性。结果表明,所提出的非线性能量耦合控制器能够适用于多种飞行运输情景,在其改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时均有良好的控制效果。最后,通过数值仿真,与其他基于能量分析的控制器,就其目标定位、摆角消除等控制效果进行了对比,结果表明所提出的控制器在改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时,均具有良好的鲁棒性。     

基于加速度补偿的无人机吊挂飞行抗摆控制

为了抑制四旋翼无人机(UAV)吊挂飞行中的载荷摆动,研究了一种新的基于加速度补偿的抗摆控制方法.首先,基于拉格朗日法建立了四旋翼UAV吊挂系统的非线性动态特性方程,并构建了能量函数来设计飞行控制系统,使四旋翼UAV跟踪参考轨迹;然后,利用吊挂载荷运动轨迹广义误差设计抗摆控制器,对四旋翼UAV进行加速度补偿以修正UAV的...     

四旋翼无人机—吊挂载荷系统建模与控制综述

四旋翼无人机—吊挂载荷系统的建模与控制是近年的一个热门研究领域.系统是通过缆绳连接载荷与四旋翼无人机形成的欠驱动非线性系统.全状态系统的建模通常基于欧拉—拉格朗日方程.为便于设计控制器,往往对系统模型做等效变换与简化.针对不同的简化模型,使用比例—微分控制、反馈线性化、反步法等控制方法,可以实现无人机轨迹跟踪、载荷轨迹跟踪、无人机编队规划、避障等控制目标.如果系统模型存在未建模动态或未知参数,可以通过自适应控制,引入观测器等方法改进控制器.为增强鲁棒性,提升飞行安全性,可以基于最优控制理论设计控制器,并通过输入整形,添加饱和函数等方法进一步优化控制性能.在无人机路径规划等复杂的控制问题上,智能控制方法已初见成效.多无人机协同运输载荷是另一个新兴子研究课题.     

无人机吊挂空运系统的自适应控制设计

针对四旋翼无人机吊挂空运系统存在的模型不确定性及欠驱动性问题,本文提出了一种基于能量耦合的自适应控制设计.首先,基于能量整形控制方法构造了一种新型的能量存储函数以处理状态耦合.然后利用神经网络对系统未建模动态特性进行在线估计,同时设计参数自适应律在线估计模型中的未知参数,并采用基于符号函数的鲁棒控制算法补偿神经网络的估计误差.本文运用李雅普诺夫方法和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明,并且证明了负载摆动和无人机位置误差的渐近收敛性.最后,在室内实验平台上进行了飞行实验.实验结果表明,本文提出的非线性控制方法能够在有效抑制吊挂负载摆动的同时,实现无人机位置的精确控制.     

基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行系统非线性控制

针对一类四旋翼飞行器吊挂飞行系统的负载摆动抑制和轨迹跟踪精确控制的问题, 考虑系统存在未知外界扰动和模型动态不确定的情况, 提出一种基于扩张状态观测器(Extended state observer, ESO)的吊挂负载摆动抑制的非线性轨迹跟踪控制方法. 将四旋翼吊挂飞行系统分解为姿态、位置和负载摆动控制三个动态子系统, 分别设计非线性控制器实现欠驱动约束下的解耦控制; 设计一种扩张状态观测器, 用以估计和补偿四旋翼与吊挂负载耦合飞行的未知外界扰动与模型动态不确定性, 并验证了闭环系统的稳定性, 跟踪误差及吊挂负载摆动所有信号的一致最终有界. 最后, 利用Quanser公司的Qball2飞行器进行三维空间螺旋轨迹的跟踪控制, 仿真结果验证了未知干扰下基于扩张状态观测器的四旋翼吊挂飞行非线性控制的有效性和优越性, 实现了四旋翼吊挂系统轨迹跟踪的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.     

四旋翼无人机飞行姿态模型参考自适应控制

四旋翼无人机具有机械结构简单、可垂直起降等优势,在各个领域都有极广泛的应用.经典控制算法如PID对无人机在受扰动或环境变化时的控制效果不理想,难以调节至平衡状态.论文对动力学建模加以适当简化,设计了自适应控制律,数值仿真实验结果表明,模型参考自适应控制能在很大范围内有效屏蔽干扰,验证该算法是有效的.     

带吊挂负载的四旋翼无人机双模糊滑模控制

为了提高带吊挂负载的四旋翼无人机轨迹跟踪性能,设计了一种双模糊滑模控制器,在削弱抖振的基础上自适应调节所构建滑模面的斜率.仿真结果表明,双模糊滑模控制器优化了快速性指标;跟踪控制调整时间有所减少;对速度跟踪的稳态误差有一个良好的控制效果,该策略的有效性和稳定性得到了验证.     

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.     

无人机的自动着陆控制

无人机的自动着陆控制是无人机控制中的一个难点,文中给出了一种无人机自动着陆的控制方法,并在某型无人机上得到了应用.基于无人机真实的风洞试验数据,利用MATLAB建立了无人机自动着陆的线性化模型和非线性模型,设计了无人机自动着陆导引控制方案及控制律,并在实际飞行试验中得到了验证,最终的飞行试验结果表明了所设计的自动着陆控制律能满足自动着陆的要求,并具有很好的静态和动态特性.     

Pareto optimum design of an adaptive robust backstepping controller for an unmanned aerial vehicle

This research develops an adaptive robust backstepping (AR-backstepping) controller for stabilization of an unmanned aerial vehicle (UAV) having strong coupling and highly nonlinear dynamics. At first, the backstepping control method as the basic stabilizer is utilized to determine the control efforts of the considered UAV. Next, an adaptive-robust mechanism subject to gradient decent methods and sliding surfaces is implemented to regulate the control gains. In fact, this mechanism determines the speed of changes of the gain values of the backstepping controller to make better responses in the presence of disturbances and uncertainties. Then, the optimum values of the design parameters related to the adaptive-robust mechanism are selected by using a multi-objective ant-lion optimization (MOALO) algorithm to simultaneously minimize the total error and control efforts. Finally, the results for a UAV developed in the Sirjan University of Technology, Sirjan, Iran, are given to confirm the effectiveness, robustness, and advantages of the designed AR-backstepping controller.     

无人飞行器纵向剖面轨迹优化

对飞行管理系统的纵向剖面轨迹优化功能进行了研究.以固定距离最省油为优化指标,用能量法动态地建立了3阶段轨迹优化模型.区别于固定推力只对速度寻优的传统的模型求解方法,把发动机推力和速度同时作为寻优变量,并结合无人飞行器飞行的物理过程,将3阶段轨迹优化模型进一步变换成非线性规划问题,利用再开始FR(Fletcher-Revees)共轭梯度法进行求解.最后以某型无人飞行器为例进行仿真验证,结果表明将发动机推力设为变量比推力固定求得的纵向剖面最优轨迹更省油,对节省燃油降低经济成本有一定的实用参考价值.     

基于拓扑优化的四旋翼无人机结构设计

为实现某四旋翼无人机的轻量化结构设计,采用Inspire进行拓扑优化设计,并对获得的拓扑优化结构进行静力分析和动力学分析。分析结果表明,通过拓扑优化方法获得的无人机结构应力分布合理,结构位移小且频率较高,满足静态和动态结构设计要求。研究结果可为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构设计提供一条新的途径。     

风扰影响下的无人机非线性广义最小方差跟踪控制

本文以鱼鹰型固定翼无人机为研究对象,基于非线性广义最小方差(nonlinear generalized minimum variance,NGMV)最优控制理论,研究了受到非线性阵风干扰影响下的无人机跟踪控制问题.首先对鱼鹰型无人机动力学模型解耦,在解耦后的横向和纵向模型上分别实现跟踪控制;然后针对阵风非线性模型的特定形式,根据NGMV理论设计了增维的非线性广义最小方差控制器,使得模型充分考虑了阵风干扰的特性.所设计的NGMV最优控制器的主要优势在于它能处理带有干扰和时滞环节的非线性系统.多组阵风扰动的仿真试验结果表明,非线性广义最小方差最优控制器具有跟踪性和收敛性.     

无人机技术在观音阁水库的应用研究

随着无人机技术的不断发展,其在水利行业的应用受到广泛的关注。为提升水利信息化水平,运用无人机技术作为空间数据获取的重要手段,是对卫星、有人飞机遥感等传统遥感技术的有力补充。以无人机技术为核心,以其在观音阁水库的测绘应用为实例,介绍无人机地面站的操作流程,以及图像数据处理软件Pix4Dmapper的使用方法,论证无人机具有适用地形广泛,影像传输实时性强,运行成本低,操纵快速高效等优点;最后剖析无人机技术在山洪灾害、水资源、水利工程测量规划等方面的应用方向,并指出其在水利行业发展亟需解决的问题。