四旋翼无人机的自适应容错控制

针对四旋翼无人机在飞行过程中发生执行器故障和受到外界干扰的问题,提出了一种基于自适应方法的容错控制方案。将执行器故障以乘性因子的形式加入到系统模型中,同时采用单位四元数法描述系统姿态;考虑到位置子系统欠驱动的特性,引入虚拟控制力,同时解算出目标姿态和输入推力;针对同时存在执行器故障和外界干扰的位置和姿态子系统模型,利用自适应的方法设计了容错控制器,保证了对目标姿态的跟踪。最后,仿真结果验证了该系统控制器的有效性和稳定性。     

基于观测器的四旋翼飞行器自适应滑模姿态控制

针对存在建模不确定性和外部干扰时四旋翼飞行器的姿态控制问题,提出一种基于观测器的自适应滑模控制算法。在建立四旋翼飞行器姿态误差动力学模型的基础上,通过全局渐近收敛观测器获取系统的未知状态反馈量,利用自适应滑模控制抑制系统的不确定性和干扰,构建一种基于观测器的自适应滑模姿态控制器。基于Lyapunov的稳定性分析表明,该方法的跟踪误差是一致最终有界的。数值仿真实验结果表明,与现有滑模控制方法相比,所提方法具有更好的姿态跟踪性能和较高的抗干扰鲁棒性,能有效保证飞行器的姿态跟踪控制性能。     

四旋翼飞行器姿态与位置的DIC-PID控制

针对四旋翼飞行器姿态与位置的解耦控制,提出了一种动态逆控制与PID结合的混合控制策略。首先,将四旋翼当作单刚体,通过牛顿-欧拉方程获得其非线性动力学模型。其次,用动态逆控制设计内回路控制器,用PID控制设计外回路控制器,实现姿态与位置通道的解耦控制。最后,在仿真环境下,通过阶跃响应和跟踪上升螺旋线检验了所提控制算法的稳定性与有效性。同时,将控制算法写入飞行控制器,通过飞行实验验证了所提控制算法的实用性。结果表明,所提控制算法对外界扰动与未建模动态有较好的抑制能力,能够满足四旋翼飞行器姿态控制与位置控制的需求。     

基于超扭曲算法的鲁棒自适应四旋翼控制器

针对四旋翼在存在外部未知干扰及具有模型不确定性情况下的姿态控制问题,设计一种基于超扭曲算法的鲁棒自适应四旋翼控制器.该设计方法将超扭曲算法与鲁棒自适应控制结合,使用超扭曲算法抑制系统抖振现象,鲁棒自适应算法能有效补偿系统模型的不确定性,增强系统的抗干扰性能;构造Lyapunov函数,证明四旋翼飞行器闭环系统的稳定性.对所设计的控制器进行仿真,搭建四旋翼飞行器平台进行飞行实验,以验证设计的控制器.仿真结果表明,基于超扭曲算法控制的四旋翼系统具有较快的收敛速度和较强的鲁棒性,飞行实验验证了所提控制策略的可行性,可实现四旋翼的稳定控制.     

基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制

针对四旋翼飞行器非线性模型系统参数不确定性和外界干扰随机性的控制问题,提出一种基于反步法的自适应滑模控制器设计方法。将四旋翼飞行器动力学模型进行简化分解为欠驱动和全驱动两个部分;对相应的不确定性进行估计,选取适当的Lyapunov函数,采用反步的方法回馈递推得到自适应滑模控制律,从而提高飞行器对外界环境变化自适应能力。依据该方法在Matlab/Simulink环境下进行控制器设计并完成仿真验证。结果表明,基于反步法的四旋翼飞行器自适应滑动模态控制方法比非自适应控制方法具有更好的适应性和鲁棒性。     

四旋翼无人机仿真控制系统设计

为了实现四旋翼无人机的自稳定控制,对四旋翼无人机进行了动力学建模与控制。在建模时利用机理建模和实验实测相结合的方法,建立小型四旋翼飞行器的动力学仿真模型;并通过准LPV法将非线性模型线性化,在飞行器模型解耦的4个通道上分别设计PID控制器,且在Matlab/Simulink平台上对系统整体进行仿真。仿真结果表明,该动力学模型和PID控制器可以有效地实现飞行器的自稳定控制,为后续的四旋翼飞行器的控制研究打下基础。     

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。     

四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究

近年来,军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机,建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型,并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算,PID控制器用于姿态控制。仿真和试飞结果表明,所提出的控制策略是可行的,验证了动态模型建立的有效性。     

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。     

四旋翼无人机块控反步姿态控制器设计

针对四旋翼无人机的姿态控制问题,设计了一种基于块控反步法的姿态控制器。建立了四旋翼无人机完整的姿态运动模型,包括姿态动力学模型和空气动力学模型,并将其转化为多输入多输出非线性系统的状态空间方程。在介绍块控反步控制器的基础上,给出了积分反步姿态控制器的设计过程。将滤波器引入控制器设计中,解决了对虚拟控制律求导所产生的"计算膨胀"问题。对控制系统的Lyapunov稳定性分析表明,所设计的控制系统是稳定且指数收敛的。仿真结果表明所设计的控制器具有良好的跟踪能力和较强的鲁棒性。     

基于动态调节的小型四旋翼飞行器的控制系统

通过对四旋翼飞行器进行动力学建模,设计了简单PID控制器和动态调节PID控制器,并对动态调节PID进行了模糊规则的建立,成功地实现了对四旋翼姿态的控制;通过系统仿真比较了两种PID控制器的控制效果,结果表明,动态调节PID控制器相比于简单PID控制器具有更好的控制效果。     

基于鲁棒积分的四旋翼飞行器姿态控制

针对四旋翼飞行器姿态控制过程中广泛存在的外部干扰和参数不确定性,提出了一种基于鲁棒符号误差积分(RISE)的四旋翼姿态控制策略。通过一个模型前馈控制项实现精确的模型补偿,抵消模型非线性影响,以及一个鲁棒积分反馈项,有效抑制系统模型不确定性。设计的控制器在参数不确定性、外部干扰、噪声存在的情况下,实现了四旋翼飞行器精确姿态跟踪。基于Lyapunov理论的稳定性分析验证了所设计控制器的收敛性。最后设计大量仿真和对比试验说明该姿态控制方法的有效性和鲁棒性。     

变桨距四旋翼飞行器的建模与控制研究

变桨距四旋翼飞行器可以通过改变4个旋翼的桨距大小来控制对应旋翼的拉力,从而调节四旋翼飞行器的姿态和位置。四旋翼飞行器的桨距调节控制策略相比传统的单一转速调节对于提高自身运动的机动性及可靠性具有重要意义,未来在微型飞行器的编队飞行、精确任务方面应用前景广阔。为了分析变桨距四旋翼飞行器大角度非线性运动的控制可实现性,采用欧拉法对其建立了非线性动力学模型,并将反馈线性化的非线性控制方法应用于所建立的飞行器模型。最后,结合Simulink软件对非线性控制下四旋翼运动过程的仿真,探讨了非线性控制理论对四旋翼飞行器运动的控制作用,为变桨距四旋翼飞行器大角度非线性运动的控制实现提供参考。     

动中通多子阵天线自适应PID滑模稳定控制

动中通在载体运动中进行卫星通信时,天线受到各类扰动的影响而不能准确对准卫星,降低了通信质量。为了解决此问题,设计了一种自适应滑模天线姿态稳定控制器。首先建立了动中通天线系统的动力学模型;基于此模型,采用PID滑模面设计了天线的滑模姿态控制器;通过对扰动的自适应估计,在扰动上界未知情况下获得了平滑的滑模控制输入;将PID方法引入控制器设计,提高了系统的动态响应速度。仿真结果表明,所设计控制器具有良好的动态响应特性和控制精度,且控制电压输出无抖振。     

小型四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

当今四旋翼无人机得到了广泛的应用,如管网、巡视、航拍测绘等,与此同时四旋翼市场呈现出小型化的发展趋势。为了提供更多轻便型四旋翼的学习参考,文章设计了一款小型四旋翼飞行器,采用了STM32F103C8T6为主控制器,通过MPU6050传感器获取机体的飞行姿态,系统应用了串级PID控制算法实现了对四旋翼飞行器飞行姿态的调节。实验结果表明,系统较为稳定,该飞行器在飞行运动的过程中姿态较为稳定。     

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。     

输入受限下的四旋翼无人机鲁棒容错控制

针对四旋翼无人机(UAV)在输入受限情况下的执行器故障和干扰问题,提出了一种鲁棒容错控制方法.首先建立了包含执行器故障、输入受限以及外界干扰的四旋翼UAV位置模型和姿态模型;然后分别对位置环和姿态环进行了分析,采用滑模滤波器对虚拟控制指令滤波,并利用模糊系统逼近法估计出不确定项,设计了鲁棒容错控制律;最后证明了位置环和姿态环的稳定性.仿真实验结果表明:提出的鲁棒容错控制方法能够在输入受限下快速准确跟踪指令信号,与积分滑模容错控制律相比具有更好的控制效果,实现了包容执行器故障和外界干扰的全状态鲁棒容错控制.     

基于积分滑模控制的飞行器主动容错控制技术研究

基于容错控制和积分滑模控制理论的研究,对飞行器姿态进行控制,使其具有容错性能。飞行器模型考虑一类具有不确定性以及可能存在执行器故障的非线性系统,针对该系统设计积分滑模控制器,使系统即使在执行器故障情况下也能保持较理想的控制特性。同时也对该系统分别设计基于Lyapunov直接法和常规滑模理论的控制器,便于仿真验证中作为比较。在有无执行器故障的情况下,观察3种控制对状态变量的影响效果,比较常规滑模和积分滑模控制下的抖振情况,结果表明积分滑模控制在控制效果和减弱抖振方面表现更好。     

四旋翼飞行器建模与PID控制器设计

为了实现对四旋翼飞行器的稳定飞行控制,对四旋翼飞行器建立了动力学数学模型,并采用准LPV法将非线性模型线性化,在建立的动力学模型基础上,对飞行器垂直速率、俯仰速率、横滚速率、偏航速率四个独立通道上分别设计了PID控制器.并通过Matlab/Simulink软件进行控制系统仿真,并对仿真结果进行分析,仿真结果验证了PID算法的有效性.     

三旋翼构型倾转旋翼无人机建模与悬停控制研究

针对一种三旋翼构型倾转旋翼无人机的建模和悬停控制问题进行研究,采用牛顿欧拉法建立了这种三旋翼构型倾转旋翼无人机的六自由度非线性动力学模型,并对模型进行简化。在此基础上,分别设计了悬停模式下的高度控制器和姿态控制器。高度控制器是在反馈线性化的基础上采用PID控制设计而成,姿态控制器由基于Backstepping的PID控制器构成。最后,对所设计的控制器进行仿真实验,实验结果表明:所设计的控制器能满足系统的控制性能要求。