四旋翼飞行器的自适应鲁棒滑模控制器设计

针对四旋翼欠驱动系统的姿态控制问题,提出一种自适应鲁棒滑模控制方法。对四旋翼系统实现了双环控制,内环为姿态控制,外环为位置控制。根据牛顿-欧拉方程建立了四旋翼系统的动力学模型,针对系统中的外部扰动和参数摄动等不确定性因素,设计了基于Lyapunov稳定控制算法,内环使用自适应鲁棒滑模控制;外环使用鲁棒控制。仿真和实验表明所提控制策略对外界扰动和模型的不确定性具有较强的鲁棒性。     

微型旋翼飞行器飞行控制系统设计

微型飞行器(MAV)是一项包含了多种交叉学科的高、精、尖技术,是集微机械、电子、高性能数字计算机于一身的微机电系统.在民用,特别是在军事领域应用具有深远的意义.针对双旋翼式MAV,根据其飞行动力学特点,以微直流电机锂电池驱动为动力,单片机为控制核心,采用遥控加脉宽调制控制方式,实现了微风条件下微型飞行器的起飞、悬停、前后飞行和降落整个过程的飞行,为微型飞行器的进一步研制打下了良好的基础.     

滑模变结构控制在空间机器人姿态控制中的应用

介绍了滑模变结构控制的基本原理,描述了空间机器人的数学模型,在此基础上对用滑模变结构控制技术控制空间机器人的姿态的算法进行了研究,通过MATLAB验证了控制算法,结果表明了控制算法的实用性.     

I2C总线在微型飞行器数据采集中的应用

以新一代单指令微控制器ADμC842为核心实现I2C总线,多片微控制器分别实现I2C主机和I2C设备,并实现主机与设备之间的数据通讯.该接口在微型飞行器(MAV)机载控制系统中实现并且成功对微型飞行器试飞数据进行实时采集和记录.     

气动干扰下的Hex-Rotor无人飞行器控制器及其飞行实验

分析了气流扰动、翼间干扰等因素对飞行中的无人飞行器的控制精度和效果产生的影响,并给出了相应的解决方法。建立了Hex-Rotor飞行器的动力学模型,分析了升力因子不确定性导致飞行器控制效果下降的影响因素。设计了反演滑模控制器来控制飞行器的空间六自由度运动,同时考虑升力因子的不确定性采用超螺旋非线性观测器观测各个旋翼的升力因子来克服气动干扰的影响。通过原型机验证了提出的方法,结果显示:Hex-Rotor飞行器在气动干扰较大的外部环境中飞行时,水平位移跟踪误差不超过±4.5m,高度误差不超过±2.5m,姿态角度误差保持在±2°内,较大地增强了飞行器的抗扰能力。结果表明:采用本文的方法可以有效地估计各个旋翼的升力因子,从而提高Hex-Rotor飞行器的控制精度和效果。     

四旋翼飞行器的模糊自抗扰姿态控制

姿态控制作为四旋翼飞行器飞行控制系统的核心,必须具备一定的综合抗干扰能力.针对四旋翼无人机的姿态解耦性、抗干扰性、鲁棒性等问题,提出一种基于模糊自抗扰的姿态控制策略.该策略通过设计跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性误差反馈控制律,对系统中的外部扰动和内部扰动进行动态补偿,同时在非线性误差反馈模块的基础上融合了模糊逻辑控...     

多学科设计优化方法及其在微型飞行器设计中的应用

微型飞行器是复杂的微机电系统,研究涉及微机械设计,微结构力学,微动力学,微流体力学,微气体动力学,微热学,微摩擦学,电子控制等多个学科,阐述了多学科设计优化方法的基本思想,综合考虑了微型飞行器设计在推力,重量,控制,通讯导航等方面的限制要求,探讨了该方法在微型飞行器设计中的应用,并给出了初步应用范例。     

滑移扰动下轮式移动机器人神经滑模跟踪控制研究

针对轮式移动机器人在滑移扰动下模型的不确定性,提出了一种基于RBF神经滑模控制的跟踪控制策略。建立机器人在滑移扰动下的动力学模型,利用运动学反步控制器得到虚拟线速度和角速度,基于虚拟输入设计了神经滑模动力学控制器,最后对所设计的控制器进行仿真与实验,结果表明该控制方法能快速准确地在滑移扰动下跟踪期望轨迹,具有良好的误差收敛效果。     

四旋翼微型飞行器的区间二型模糊神经网络自适应控制

针对四旋翼微型飞行器控制系统中存在不确定性、外界干扰等影响控制精度的问题,提出了基于区间二型模糊神经网络(IT_IIFNN)的四旋翼微型飞行器自适应控制方案.首先,根据四旋翼微型飞行器的动力学模型,设计了基于IT_IIFNN的四旋翼微型飞行器自适应控制器,该控制器由两部分构成,其中IT_IIFNN用来在线逼近系统不确定性;鲁棒补偿器用来实时补偿IT_IIFNN的逼近误差以及外界干扰.其次,利用Lyapunov稳定理论证明此飞行器控制系统闭环稳定性.最后,通过四旋翼微型飞行器样机来验证IT_IIFNN自适应控制器的优越性.验证结果显示,在加入风速为1.5 m/s的外界干扰条件下,跟踪误差可近似达到10-2.结果表明,IT_IIFNN自适应控制器具有良好的跟踪精度、稳定性及鲁棒性.     

模糊控制器在电炉温度控制系统中的应用

介绍了模糊控制器算法设计及其在工业生产过程控制中的应用，所设计的系统工作稳定性和可靠性较好。     

织机经纱张力自适应滑模控制器的设计与仿真

针对织机送经卷取系统中的经纱张力控制问题,对被控对象的动力学模型和经纱张力的控制算法进行了研究,分析了织机开口机构的周期性运动对经纱张力的影响,采用了正弦信号模拟控制系统的外界干扰,提出并设计了一种自适应滑模控制器以用于经纱张力控制,利用其滑模控制算法应对被控对象模型中的参数不确定性和其自适应控制算法对外界干扰进行了学习,并与一个PID控制器和一个传统滑模控制器进行了对比。研究结果表明,该自适应滑模控制器可以应对被控对象模型中的参数不确定性,能够实现对外界干扰的有效学习和精确补偿,具有鲁棒性强、控制精度高等优点。     

Actuator fault tolerant control using adaptive RBFNN fuzzy sliding mode controller for coaxial octorotor UAV

In this paper, a robust controller for a Six Degrees of Freedom (6 DOF) coaxial octorotor helicopter control is proposed in presence of actuator faults. Radial Base Function Neural Network (RBFNN), Fuzzy Logic Control approach (FLC) and Sliding Mode Control (SMC) technique are used to design a controller, named Fault Tolerant Control (FTC), for each subsystem of the octorotor helicopter. The proposed FTC scheme allows avoiding difficult modeling, attenuating the chattering effect of the SMC, reducing the rules number of the fuzzy controller, and guaranteeing the stability and the robustness of the system. The simulation results show that the proposed FTC can greatly alleviate the chattering effect, good tracking in presence of actuator faults.     

飞行模拟转台伺服系统滑模控制仿真

分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型和摩擦模型,给出了切换函数和滑模控制器的实现过程,软件仿真结果表明所设计的滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的进行系统低速摩擦补偿.     

Evolutionary optimization of sliding mode controller for level control system

This paper accords the level control of single-input-single-output (SISO) level control system based on the fusion of sliding mode control (SMC) and evolutionary techniques or bio-inspired techniques. The non-dominated sorting genetic algorithm II (NSGA-II) and multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) are considered as two evolutionary techniques. Here, a comparative analysis of performances of an optimal proportional–integral (PI) controller, proportional–integral–derivative (PID) controller, conventional SMC, NSGA-II based tuned SMC and SMC parameter tuning using MOPSO algorithm has been carried out through MATLAB/SIMULINK. The objective functions, integral absolute error (IAE), integral squared error (ISE) and an integration of weighted objective function aggregated approach of the error performance indices, IAE and ISE are considered. Realistic conditions are used in a plant for testing the robustness of controller. The stability of the controller is successfully obtained which satisfies the Lyapunov stability criteria. Reduction in long settling time with tiny magnitude variations about an equilibrium point is achieved using bio-inspired techniques. The simulation as well as experimental results reveal that SMC parameter tuning based on NSGA-II algorithm gives a better performance as compared to the other design strategies.     

直接驱动系统的干扰自适应滑模控制

针对直线进给驱动系统设计了一种干扰自适应离散滑模控制器(DADSC)。通过测量电机输出力和被测结构模态的主动阻尼对干扰力进行了预测,并将控制律表示成为干扰力的函数。干扰力的精确预测被用来主动补偿控制器带宽范围内机床结构模态的低频部分。与传统的级联控制器(CC)相比,所设计的DADSC算法不仅具有较大的控制带宽,较强的抗干扰性和鲁棒性,而且显著提高了直接驱动系统的动态刚度。     

四旋翼无人机模型参考自适应滑模控制

针对四旋翼无人机的姿态控制与轨迹跟踪问题,提出了一种模型参考自适应滑模控制。考虑到四旋翼无人机模型的不确定性以及所受的外界气流干扰,根据模型参考自适应控制的思想,利用无干扰时的理想参考模型与实际系统的输出偏差对外界气流干扰以及模型不确定的慢时变部分进行自适应估并补偿。同时采用滑模控制来抑制外界干扰和模型不确定性造成的影响,通过Lyapunov理论证明了该算法可以使系统稳定。最后通过对比仿真,验证了所提出算法的有效性和鲁棒性。     

基于滤波的转台伺服系统离散滑模控制

飞行仿真转台是航空、航天领域中进行半实物仿真和测试的关键设备,是一个高精度的复杂系统,分析了飞行仿真转台伺服系统的数学模型,给出了系统控制结构图.滑模控制是一种非线性控制方法,对参数变化和扰动具有完全的自适应性,将离散滑模控制引入到转台伺服系统的控制中,给出了离散滑模控制器的实现过程,通过引入卡尔曼滤波器改善了系统的控制品质,软件仿真结果表明所设计的离散滑模控制器能达到较好的控制品质,有效的减小了系统抖振,提升了系统的抗干扰能力.     

A fast converging robust controller using adaptive second order sliding mode

This paper proposes an adaptive second order sliding mode (SOSM) controller with a nonlinear sliding surface. The nonlinear sliding surface consists of a gain matrix having a variable damping ratio. Initially the sliding surface uses a low value of damping ratio to get a quick system response. As the closed loop system approaches the desired reference, the value of the damping ratio gets increased with an aim to reducing the overshoot and the settling time. The time derivative of the control signal is used to design the controller. The actual control input obtained by integrating the derivative control signal is smooth and chattering free. The adaptive tuning law used by the proposed controller eliminates the need of prior knowledge about the upper bound of system uncertainties. Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control strategy.     

An adaptive sliding mode control technology for weld seam tracking

A novel adaptive sliding mode control algorithm is derived to deal with seam tracking control problem of welding robotic manipulator, during the process of large-scale structure component welding. The proposed algorithm does not require the precise dynamic model, and is more practical. Its robustness is verified by the Lyapunov stability theory. The analytical results show that the proposed algorithm enables better high-precision tracking performance with chattering-free than traditional sliding mode control algorithm under various disturbances.