基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰L2增益姿态控制设计

针对存在非线性、强耦合、参数不确定性及外部扰动的大展弦飞翼布局无人机的刚/弹耦合动力学模型,研究了一种基于反步法的弹性飞翼无人机抗干扰补偿L2增益姿态控制方法。首先,基于李雅普洛夫稳定理论,利用指令滤波反步方法设计实际控制量和虚拟控制量,并在反馈中采用自抗扰非线性增益函数提高系统的鲁棒性和动态特性;其次,利用二阶滑模干扰观测器估计系统复合干扰和补偿;最后,引入L2鲁棒项抑制干扰观测器的估计误差对控制精度带来的影响,使得系统满足耗散不等式,闭环系统跟踪误差最终有界稳定。仿真结果表明,该控制方法对模型不确定性、气动弹性、阵风及外扰等影响具有鲁棒性,能够实现高精度的姿态跟踪控制。     

基于PID的小型飞翼无人机控制系统设计

为了实现对小型飞翼无人机的姿态及高度控制,首先对飞翼无人机进行气动布局设计,确定目标飞翼无人机构型后,通过XFLR5获得示例飞翼无人机的相关空气动力学参数,根据非线性六自由度数学模型构建状态空间方程.采用传统PID控制理论,使用从内环到外环的逐层设计方法,对飞翼无人机横纵向目标状态变量进行分通道控制,并对控制结果进行仿...     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.     

基于微分跟踪器的共轴反桨无人机串级TD-PID控制算法

针对传统PID控制算法对共轴反桨无人机的欠驱动、强耦合非线性系统控制效果不理想的问题,提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法,以提高无人机飞行稳定性. 设计共轴反桨无人机飞行系统,针对无人机的姿态控制提出基于微分跟踪器的串级TD-PID控制算法：外环为传统PID算法,内环使用2个微分跟踪器,通过串级控制改善系统动态性能. 在Matlab/Simulink中搭建控制系统的仿真模型进行仿真试验. 仿真结果表明：相较于传统串级PID控制算法,所提控制算法超调量更小,系统稳定性有较大提高. 对比串级TD-PID控制算法与串级PID控制算法控制效果的飞行试验结果表明：所提控制算法能有效减少系统超调量,提升系统稳定性和抗干扰能力.     

多缸锻造液压机的调平和跟踪控制

针对多缸锻造液压机系统,在考虑不确定大负载和多缸耦合的情况下建立了非线性系统数学模型。采用广义逆的控制分配方法解决液压缸过驱动问题,进而提出一种二级非线性控制器设计方案。该控制器内环级采用李雅普诺夫直接法控制4个单输入单输出的液压缸压力系统,实现对期望压力的精确快速跟踪;外环级则针对带不确定大负载的多输入多输出系统,采用自适应控制策略并结合控制分配理论获得各缸期望压力。仿真和实验结果表明,该控制策略优于采用滑模变结构方法的单控制器策略,实现了低速运行下的高精度调平和跟踪控制。     

民用无人机姿态稳定与航迹跟踪控制策略研究

针对民用无人机功能载荷多变及复杂环境下姿态振荡和航迹跟踪误差,采用区间系统控制理论和动态跟踪误差最小化原理,设计了一种民用无人机内外环分层控制策略,可分别实现内环姿态稳定和外环航向跟踪功能,进而解决现有无人机大范围模型变化的控制效果恶化和航迹误差缺陷。仿真结果表明,所采用的分层组合控制策略可以保证无人机飞行过程的状态稳定和有效的航迹跟踪精度,具有较高的闭环鲁棒性,有助于开发高效且自动化的民用无人机系统飞行控制策略。     

视觉感知的无人机端到端目标跟踪控制技术

针对无人机机动目标跟踪的自主运动控制问题,提出连续型动作输出的无人机端到端主动目标跟踪控制方法. 设计基于视觉感知和深度强化学习策略的端到端决策控制模型,将无人机观察的连续帧视觉图像作为输入状态,输出无人机飞行动作的连续型控制量. 为了提高控制模型的泛化能力,改进基于任务分解和预训练的高效迁移学习策略. 仿真结果表明,该方法能够在多种机动目标跟踪任务中实现无人机姿态的自适应调整,使得无人机在空中能够稳定跟踪移动目标,显著提高了无人机跟踪控制器在未知环境下的泛化能力和训练效率.     

小型航天器浸入与不变自适应反步姿态跟踪

针对具有惯性张量不确定性、外干扰及饱和限制的小型航天器非线性姿态跟踪问题,将反步法和系统浸入与流形不变理论相结合,提出了分块自适应约束控制结构．航天器姿态模型由修正罗德里格参数进行全局非奇异描述．在设计反步控制器时,引入指令滤波器和修正跟踪误差信号以施加系统状态和执行器的饱和限制,同时较容易地获得虚拟控制导数．为提高反步控制器的鲁棒性和性能,利用基于不变流形的非线性观测器对时变的系统“总干扰”进行在线估计补偿．由于不变流形方法使得估计误差具有指定的一致稳定动态,因而该分块自适应控制器比传统的自适应反步控制器更容易调节,且性能不受未知的估计律动态的影响．李亚普诺夫直接方法证明了估计误差有界性和闭环系统输入状态稳定．数值仿真表明,与传统方法相比,所提出的控制器结构具有更高的姿态跟踪性能和干扰估计精度．     

飞翼布局无人机反步L2增益纵向着陆鲁棒控制

针对存在干扰的飞翼布局无人机纵向着陆控制问题,提出一种基于super twisting滑模干扰观测器与跟踪微分器的反步L_2增益鲁棒控制方案.为解决反步控制虚拟控制量求导复杂的问题,设计了跟踪微分器对虚拟控制量进行求导,同时综合采用super twisting滑模干扰观测器和L_2增益鲁棒项增强了控制系统的鲁棒性.仿真结果表明,无人机高度、空速都跟踪上控制指令,垂直接地速度在允许的范围内,与传统的PID着陆控制方案相比具有更好的着陆控制性能.     

柔性关节机器人的模糊反步自适应位置控制

为实现柔性关节机器人的高精度位置跟踪控制,本文提出了基于模糊逼近的反步自适应控制方法。该方法将隐极式永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)作为驱动系统,建立二自由度柔性关节机器人的系统模型,设计反步自适应位置控制器,并利用模糊逻辑系统,逼近虚拟控制器导数项,解决高阶系统反步控制器结构复杂的问题。考虑到无力矩传感器的情况,引入电机负载转矩观测器,结合电机矢量控制策略,设计了反步电流控制器,保证驱动电机有较快的动态响应。同时,利用Lyapunov稳定性定理,对柔性关节机器人控制系统进行稳定性分析,证明整个系统为渐近稳定。仿真结果表明,本文采用的模糊反步自适应位置控制器,能够实现柔性关节机器人高精度位置跟踪控制,响应速度快,驱动电机的转矩波动小,控制器结构简单。该研究在机器人驱动系统中具有广泛的应用前景。     

Design and Simulation of BTT Missile with High-Aspect-Ratio Wing Robust H∞Autopilot

For the strong coupling among the channels of bank-to-turn (BTT) missile with high-aspect-ratio wing, an autopilot is designed with a two loop control structure robust autopilot design methods. By the inner loop design, the question of pole-zero cancellation is solved, and the stabilization of structured uncertainty is achieved. Through the outer loop of H∞ controller design, the flying performance and robustness can be guaranteed. The nonlinear simulation results show that the autopilot designed has perfect time domain response, and can suppress bad influence of the inertial and kinematics couplings. It can make the missile fly stably in the large flying areas. The control is very effective.     

非匹配不确定非线性系统的反演变结构控制

讨论一类非匹配不确定的非线性系统的输出跟踪问题。结合反演(Backstepping)设计方法和变结构控制，提出了反演变结构控制策略。对存在非匹配不确定性和未知干扰的系统，设计的反演变结构控制器实现鲁棒输出跟踪，闭环系统在有限时间进入滑动模态。仿真算例证实理论结果。     

高超声速飞行器改进自抗扰串级解耦控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,通过构造连续光滑扩张状态观测器及自抗扰串级解耦控制技术,设计了便于工程实际应用的高超声速飞行器自抗扰姿态控制器．通过构造qin函数实现了连续光滑扩展状态观测器的设计,可避免自抗扰控制器应用过程中的高频颤振现象．通过自抗扰串级耦合控制技...     

定桨距变速风力发电机组的控制策略研究

提出定桨距变速风力发电机组的串级控制。外回路根据机组的运动方程采用自适应最优模糊控制,给出发电机电磁转矩设定值,实现参考转速的渐进跟踪。算法综合考虑风力发电机组的机械特性和电气特性,系统辨识作为控制算法的一部分自动执行。内回路基于双馈发电机的定子磁场定向矢量控制系统模型,结合动态线性化和反馈稳态解耦技术,提出发电机有功、无功功率的预测函数控制。采用 PI 控制与本文的控制策略作对比仿真,结果表明提出方法的有效性。     

Adaptive fuzzy tracking control for a class of switched MIMO nonlinear systems

An adaptive fuzzy tracking control scheme is presented for a class of switched multi-input-multi-output (MIMO) nonlinear systems with disturbances under arbitrary switching.Adaptive fuzzy systems are e...     

基于单神经元自适应PID的煤气混合解耦控制

针对煤气混合加压过程中混合煤气压力和热值控制问题具有强耦合、非线性和较大时滞的特点,利用单神经元自适应PID控制器具有参数自学习能力,提出一种单神经元自适应PID解耦控制方法。仿真结果证明了设计方案比传统的控制方案具有较好的动态性能,验证该方法的可行性。     

基于反向解耦的PWM整流器分数阶内模控制

针对三相电压型PWM整流器提出一种新型的双闭环控制策略。基于同步旋转坐标系下PWM整流器的数学模型,利用反向解耦方法实现电流环的完全解耦,且避免了复杂的矩阵求逆运算;根据内模控制(internal model control, IMC)原理,设计了电流环IMC-PI控制器,该控制器仅有一个可调参数;在电压外环控制器的设计中,将IMC与分数阶控制(fractional order control, FOC)相结合,给出一种分数阶内模控制器的设计方法,并利用系统截止频率和最大灵敏度指标,实现了控制器参数的鲁棒整定。仿真结果表明,所提方法可使系统具有更好的动态响应及抗扰性能。     

球磨机单神经元自适应PID解耦控制系统仿真

针对球磨机制粉系统的多变量、强耦合、非线性和时变性等特点,提出了球磨机自适应神经元PID解耦的控制方法.将静态解耦逆矩阵与球磨机对象串接,以解除球磨机多变量之间的耦合,再采用两个单神经元自适应PID控制器对解耦后的两变量对象进行闭环控制.仿真结果表明,该控制法相比常规的PID解耦控制法有更好的控制品质,跟踪快、鲁棒性强、解耦好,可较好地解决球磨机系统的时变性、耦合性等问题.     

基于定量反馈理论的液压机驱动系统复合鲁棒控制

针对液压机驱动系统参数摄动和不确定性的特点,建立了系统数学模型,提出了动梁速度外环控制和压力内环控制的分级复合鲁棒控制策略。外环级应用定量反馈理论,设计了鲁棒性较强的速度跟踪控制器和前置滤波器。内环级设计了基于径向基函数的神经网络扰动观测补偿器,运用Lyapunov稳定性定理证明了提出的干扰观测器对扰动抑制的有效性,可在不确定因素存在的情况下实现期望的系统压力跟踪控制。仿真结果表明：该控制方案对系统不确定性的抑制作用明显,且能提高液压机驱动系统的跟踪性能,具有较好的鲁棒稳定性,可有效实现速度切换瞬态过程的平顺性。