四旋翼飞行器有限时间轨迹跟踪控制研究

为了解决四旋翼飞行器轨迹跟踪中状态量收敛速度慢、易发散等问题,提出了一种双环混合有限时间控制策略.根据Newton-Euler方程推导出四旋翼的动力学模型,再根据时间尺度原理将其分为内外两个控制环.外环采用有限时间控制策略来加快三轴位置量与偏航角的收敛速度;内环采用快速非奇异终端滑模控制技术来实现姿态角的快速收敛.搭建了四旋翼的虚拟样机,在三维仿真环境下模拟其轨迹跟踪控制效果.由仿真结果可知:与其他两种常见的控制器相比,所设计的控制器的控制精度、鲁棒性以及跟踪效果均最好,并且能较好地满足四旋翼轨迹跟踪控制的需求.     

图像视觉伺服的无人机固定时间滑模控制

为提高四旋翼无人机对目标跟踪的动态性能和精度,结合图像视觉伺服(IBVS)提出一种新型非奇异固定时间滑模控制方法,实现了四旋翼无人机对速度指令和姿态指令的固定时间精确跟踪.首先通过透视投影建立虚拟图像平面,利用图像矩推导出虚拟平面的四旋翼无人机动力学模型.在此基础上,由固定时间稳定理论设计新型固定时间滑模面,给出了精确的收敛时间估算方法,分别结合四旋翼无人机动力学模型的位置环和姿态环设计了非奇异固定时间滑模控制器,并基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性.数值仿真表明,所设计的控制器能避免无人机的超调问题并减小稳态误差,具有良好的鲁棒性.     

基于滑模自适应迭代学习的四旋翼无人机轨迹跟踪

针对四旋翼无人机轨迹跟踪问题,在考虑外部扰动的情况下,提出一种滑模自适应迭代学习的控制算法。所设计的控制器由两部分组成：第一部分是滑模子控制器,作为四旋翼无人机系统的反馈控制器;第二部分是迭代学习子控制器,作为无人机系统的前馈控制器。在迭代学习过程中,迭代学习子控制器的增益可以根据轨迹跟踪误差自适应改变,能够提高四旋翼无人机的轨迹跟踪效果。最后通过软件仿真对所提出的四旋翼无人机轨迹跟踪算法的有效性进行验证。     

变负载四旋翼无人机的轨迹跟踪控制器设计

四旋翼无人机固有的欠驱动和强耦合特性使得其轨迹跟踪控制器设计成为难点。针对模型不确定和外界干扰的情况,基于内外环控制结构的思想设计变负载四旋翼无人机的轨迹跟踪控制器。设计了一种自适应滑模控制器,在外环中完成轨迹跟踪并生成期望的升力和姿态角;采用自抗扰控制技术设计内环控制器用于跟随期望的姿态角。在外界干扰下的轨迹跟踪仿真结果表明所设计的控制器具有良好的有效性和鲁棒性。     

微型四旋翼飞行器TSMC控制方法研究

针对微型四旋翼飞行器非线性动力学模型下姿态稳定和速度跟踪控制问题,基于全局快速终端滑模控制(TSMC-terminal sliding mode control)方法研究了控制器设计。通过引入等价控制输入,将姿态控制通道解耦并分别设计了姿态稳定TSMC控制器。对速度跟踪和高度跟踪控制,在保证高度跟踪控制稳定的基础上设计了保证速度跟踪的耦合控制器。姿态稳定和速度跟踪仿真验证了设计控制器的性能。     

四旋翼无人机基于图像的抗干扰视觉伺服控制

针对四旋翼无人机视觉伺服过程中易受到干扰的问题,利用积分反步滑模控制方法设计基于图像的四旋翼无人机视觉伺服抗干扰的非线性控制器。选择图像矩作为特征,利用虚拟相机平面改进存在模型不确定和外部干扰的动力学模型。针对难以直接测量的虚拟平面的线速度,通过反步法设计线速度估计器,提高了控制的准确性。通过Lyapunov理论证明了所提出的全局积分反步滑模控制器的稳定性。仿真实验结果证明了设计的控制器的有效性和鲁棒性。     

基于积分滑模和ESO的四旋翼无人机容错控制

针对四旋翼无人机桨叶损伤故障的位置和姿态控制问题,设计一种基于积分滑模法和扩张状态观测器(ESO)的四旋翼无人机主动容错控制系统.建立了执行机构损伤故障下的无人机非线性模型,采用抗干扰能力较强的滑模控制法(SMC)设计姿态内环和位置外环基本控制器;为减小系统的稳态误差,引入积分环节,构造出积分滑模控制器;通过采用边界层方法,抑制滑模控制算法本身的抖振效应;利用ESO实时估计出系统的内、外总扰动和执行机构损伤干扰并对控制量进行补偿.李雅普诺夫稳定理论验证了该控制系统能够快速收敛达到稳定,数值仿真验证了所设计控制系统的有效性和鲁棒性.     

基于离散滑模控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪

针对离散时间域的四旋翼飞行器的大角度轨迹跟踪问题进行研究.首先,采用牛顿-欧拉法建立了基于三维旋转群SO(3)的动力学模型,并采用前向欧拉法将其转换为离散模型.接着,提出了基于内外环的控制结构,并将离散滑模变结构控制应用于内外环控制器的设计,通过李雅普诺夫函数证明了所设计控制器的稳定性.最后,通过Matlab/Simu...     

四旋翼飞行器自稳定和轨迹跟踪控制研究

针对四旋翼飞行器自稳定飞行和轨迹跟踪控制问题,提出了一种多模态滑模姿态控制和新型回馈递推轨迹跟踪控制方法。首先,依据牛顿第二定律和欧拉方程建立了运动学方程,由于外环位置跟踪控制与内环姿态存在严重耦合,外环位置控制器采用新型回馈递推法设计,简单有效,同时降低了工程实现难度。其次,内环姿态控制根据多模态滑模设计理念,结合线性滑模和非奇异终端滑模特点设计了切换型滑模控制律,使得系统状态能够在最优模态下运行,同时保证系统的到达时间和滑动时间都是有限的,实现了全局快速收敛。最后,仿真实验数据表明所设计的控制器能够快速跟踪期望姿态和轨迹,具有较好的控制效果。     

基于自适应反演滑模的四旋翼无人机抗风研究

针对四旋翼无人机易受风扰,影响控制精度的问题,提出了一种自适应反演滑模轨迹跟踪控制策略,基于NewtonEuler建立在紊流风场下的四旋翼无人机动力学模型,将控制系统分成姿态子系统■和位置子系统(x,y,z),引入过渡控制律,实现欠驱动耦合控制,解算出理想姿态,滑模控制抑制风场对四旋翼无人机的影响,反演控制来设计镇定控制项,利用Lyapunov理论证明了闭环系统的稳定性,通过MATLAB仿真,仿真结果表明所设计的控制器收敛速度快,响应时间较短,鲁棒性强。