无人驾驶飞行器姿态的非线性扰动抑制控制

本文研究了无人驾驶飞行器(unmanned aerial vehicle,UAV)的姿态跟踪控制问题.针对在飞行器姿态跟踪时存在的系统模型不确定性和外界扰动,提出了一种基于四元数的姿态跟踪控制方法,基于UAV的姿态误差模型分别设计系统的观测器和控制器.首先,以四元数为姿态参数建立系统的非线性误差模型;在此基础之上,设计一种非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDOB)用以在线估计误差模型中的复合扰动,并在控制输入端进行相应的补偿.然后通过设计非线性广义预测控制律设镇定误差系统,实现姿态跟踪.最后基于频域理论分析了非线性干扰观测器的扰动抑制性能.仿真与实验结果表明本文提出的方法在系统存在复合扰动的情况下能使系统姿态有效的跟踪期望值.     

一种面向机动的低成本姿态测量系统

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°.     

固定翼无人机的自抗扰反步控制

针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动.     

基于足底压力的人体姿态检测和行为分析方法

人体的运动姿态检测和行为分析具有广泛应用价值.设计了一种基于足底压力的人体姿态检测和行为分析系统,系统由压力采集模块、数据处理模块、无线通信模块和行为分析软件组成.姿态检测系统获取足底压力数据,采用蓝牙方式进行数据通信,行为分析软件使用支持向量机多分类方法实现坐、站、走、跑和爬楼5个经典人体姿态的区分.实验证明该系统对人体姿态具有较好的识别精度和可靠性,可以用于人体姿态检测和行为分析.     

手持式天线姿态检测仪表在通信网络优化的实现和应用

在移动通信系统中,天线的位置和姿态直接影响覆盖区域、网络质量和用户感知.本文提出一种基于智能磁方位传感器实现天线姿态的自动采集系统,并创新性的设计成手持式仪表,使该系统同时具备精确测量与便携灵活的特点,实现了天线姿态信息从人工机械测量向自动精确测量的飞跃.     

基于微机械惯性器件的单轴捷联姿态测量装置

介绍了单轴捷联姿态系统的原理,在对系统误差进行分析的基础上,采用卡尔曼滤波建立了姿态算法.介绍基于MEMS陀螺仪和加速度计的单轴捷联姿态测量装置系统构成,并对其工作过程进行了仿真.通过仿真表明在考虑多种误差因素的情况下,该系统的角度测量误差小于0.1°,能够满足工程应用的需要.     

高亚音速无人机姿态确定与控制系统设计

姿态确定与控制问题是无人机飞行控制设计中的关键问题.设计了高亚音速无人机的飞行控制系统,其硬件组成部分包括飞控计算机、组合导航计算机、电动伺服舵机、传感器、飞行参数记录仪以及地面检测装置;设计了基于速率陀螺、加速度计、磁航向计、GPS等多传感器系统的无人机姿态测量系统,并给出了基于信息融合卡尔曼滤波的姿态确定算法;设计了基于3个单变量控制回路的无人机姿态控制方案.仿真结果表明了高亚音速无人机的姿态确定方法和姿态控制方法的有效性.     

基于MPU-6050和UKF的姿态测量系统设计

运动体姿态角度测量是姿态控制的重要组成部分.以微小型无人机姿态测量为应用背景,设计了一种基于整合型6轴运动传感器模块MPU-6050的姿态测量系统,针对MPU-6050存在精度低、漂移大而使得系统测量精度下降,且微小型无人机在复杂工作环境时系统出现典型的非线性的问题,提出将无迹卡尔曼滤波算法(UKF)应用于系统的姿态估计,并使用三轴转台检验了系统对各个姿态角度的测量效果.实验验证了姿态测量系统的有效性,并与EKF姿态解算对比,验证了UKF算法的优越性.     

基于人体姿态检测的体感滑板控制系统设计

为改善电动滑板的易操纵性,设计了基于人体姿态检测的体感滑板控制系统.该系统由人体姿态检测与滑板主控两大部分组成.首先,通过实验,分析了人体以不同姿态驾驶滑板时MPU6050传感器采集到的加速度和角度的数据变化规律.在此基础上,确定了驾驶滑板时,识别人体姿态改变的方法.最后,制作了人体姿态检测与滑板控制电路,并编写了相应的控制程序.调试结果表明,该系统响应准确,达到了设计要求.     

小型无人直升机浸入–不变集自适应控制

本文基于浸入–不变集理论,针对小型无人直升机存在的参数不确定性问题,设计一种新型的自适应控制器.利用基于Lyapunov的分析方法和La Salle不变性原理,进行闭环系统的稳定性分析,确保无人直升机姿态角的跟踪误差全局渐进收敛,以及闭环系统的稳定性.在无人直升机姿态飞行控制实验平台上,进行了无人机姿态跟踪控制实验.实验结果表明,本文所提出的控制方法具有良好的跟踪控制效果.