输入饱和受限的多个四旋翼飞行器分布式编队控制

研究了多个四旋翼飞行器在主从结构下的分布式同步协调编队控制问题.基于反步法的设计思想,文章提出了一种有界的分布式一致性控制算法,以保证满足输入饱和受限条件.首先,对于位置控制子系统,基于比例微分控制和一致性理论,设计了一种多个四旋翼飞行器的协调编队控制律,来使所有的四旋翼飞行器都可以向领导者收敛,并沿着理想的编队轨迹运动.针对位置系统设计的分布式一致控制律将为姿态控制子系统的参考姿态输入信息.其次,针对基于四元数描述的姿态控制子系统,设计了一种饱和的全局姿态跟踪控制律,可以使飞行器跟踪上所期望的姿态.最后,通过数值仿真来验证所提方法的有效性.     

四旋翼飞行器姿态控制方法和实现

研究了小型四旋翼飞行器惯导系统的姿态解算和控制问题.首先,文章采用三阶近似毕卡四元数算法来解决四旋翼飞行器的姿态解算问题,进而将该算法与卡尔曼滤波器相结合,避免了陀螺仪的积分累积误差,有效消除了四旋翼飞行器机体振动引起的传感器测量误差.其次,根据姿态解算得到的姿态角,设计了积分分离PID和串级PID控制器进行姿态控制.最后,将设计的姿态解算算法和姿态控制算法应用到四旋翼飞行器平台上,实现了四旋翼飞行器的姿态控制,验证了文章算法的有效性.     

基于增益调度解耦控制的飞行控制系统研究

针对一类非线性系统,设计了增益调度解耦控制律,且给出了定量的闭环特性分析.在控制系统分析中,建立了闭环系统阶跃响应和动态性能指标关于控制参数的数学表达式,从而克服了许多控制算法中参数试凑的盲目性和重复性.此外,在控制律实现中,为保证作为调度变量的系统输出缓慢变化,且为避免工作点处实际模型和线性模型之间的大偏差以及控制量的瞬时值过大或是振荡,提出进行参考信号变换,即阶跃跳变部分都用正弦信号去替代.为验证所设计控制律的可行性和有效性,将其应用于四旋翼飞行器的飞行控制中.根据四旋翼飞行器的结构特性和运动原理,设计了递阶形式的飞行控制结构,并采用所提出的增益调度解耦控制律分别设计外环的位置控制器和内环的姿态控制器.飞行仿真结果表明所设计的飞行控制系统结构和所提出的控制律具有可行性和有效性.     

一类随机非线性系统的全局有限时间状态反馈镇定

研究一类连续但非光滑的随机非线性系统的全局有限时间状态反馈镇定控制问题.通过增加幂次积分器技术和四次Lyapunov函数的构造,系统地给出了系统状态反馈有限时间镇定控制器的设计方法.基于引入的随机非线性系统有限时间稳定的判定准则,可以证明闭环系统的有限时间稳定性.仿真结果进一步验证了所设计控制器的有效性.     

含齿隙非线性的双电机伺服系统最优控制

针对具有齿隙非线性的双电机伺服系统,提出了一种基于反步法的最优控制策略,实现了负载跟踪与电机同步问题.首先,引入了近似死区函数来描述齿隙模型,建立了系统的状态方程;然后,结合反步控制技术与二阶滤波器,设计了最优跟踪控制器;基于两个电机的位置差与速度差,设计了最优同步控制器;结合这两个控制器,分别得到了两个电机的控制输入.通过使用李亚普诺夫定理证明了系统的稳定性.最后,与PI控制及动态面控制的仿真结果进行对比,证明了文章提出的控制方法对双电机伺服系统具有较好的控制效果.     

永磁同步电机伺服系统的有限时间位置控制

研究了永磁同步电机伺服系统的位置跟踪问题.利用反馈线性化的思想,对永磁同步电机的数学模型进行分析,实现了电机模型的精确线性化和解耦.首先,将永磁同步电机位置跟踪系统采用反馈线性化技术变换为两个线性子系统,分别对其设计相应的基于连续状态反馈线性化的有限时间控制器,并设计了有限时间负载观测器来观测估计外部负载扰动.对永磁同步电机位置跟踪的闭环系统进行了稳定性的分析.与对应的渐近稳定控制的方案相比,基于有限时间的控制方案实现了永磁同步电机对期望信号的有限时间跟踪,获得了更好的动态响应和抗扰动性能.仿真结果表明了该控制方案的有效性.     

冷轧机压下伺服系统的输出反馈有限时间控制研究

针对冷轧机压下电液伺服系统存在非线性、参数不确定性和负载干扰等特点,提出了基于扩张状态观测器的输出反馈有限时间控制方法.利用扩张状态观测器对系统的状态变量进行观测,解决了电液伺服系统的速度和加速度难以实际测量的难题,并对未知函数及扰动具有鲁棒性.依据有限时间控制理论并结合反步构造法设计了有限时间控制器,并证明了系统的全局稳定性.仿真表明:扩张状态观测器能够快速准确的观测系统的状态;基于扩张状态观测器的有限时间控制方法能使系统快速、准确地跟踪指定位置目标,并具有很强的鲁棒性.     

基于自适应控制的四元数时滞神经网络的有限时间同步

文章主要研究了自适应控制下四元数时滞神经网络的有限时间完全同步,通过设计一组有效新颖的自适应控制器,使得主从系统实现有限时间同步,并计算出停息时间的理论估计.利用Lyapunov函数方法和不等式技巧,给出了四元数时滞神经网络主从系统有限时间同步的充分条件.最后,通过数值仿真验证了所得理论结果的有效性.     

不确定时滞奇异系统的有限时间非脆弱保成本控制

针对一类在有限时间下的时滞奇异系统,考虑参数不确定性和有限外部扰动的影响,研究了其基于非脆弱状态反馈控制器的鲁棒保成本控制问题.分别对控制器增益具有加法式摄动和乘法式摄动研究了控制器的设计问题,并通过对闭环系统有限时间稳定且满足系统的成本函数具有上界的研究得到解决,控制器的设计可通过求解一组线性矩阵不等式得到,最后的数值算例说明了所给方法的有效性.     

非脆弱离散重复控制的二维模型方法

针对一类线性离散系统,提出一种基于二维模型的非脆弱离散重复控制设计方法.通过独立地考虑重复控制系统的控制与学习行为,建立离散重复控制系统的二维模型. 在此基础上,针对重复控制器和反馈控制器具有不确定性的离散重复控制系统,给出了基于线性矩阵不等式的系统稳定性条件和重复控制律. 最后,数值仿真实例验证了所提方法的有效性.     

基于有限时间性能指标的末制导系统导引律设计

文章研究了末制导控制系统的导引律设计问题.首先,将末制导系统描述为一个具有非零初始条件及有界外部扰动的有限时间线性时变系统.然后,提出了一种评价线性时变系统在终端时刻性能的有限时间性能指标,并给出了基于该指标的状态反馈和输出反馈控制设计方法.接着,将所提控制设计方法应用于末制导控制系统,得到了一种能够获得更小脱靶量的导引律.最后,通过仿真说明了所提控制设计方法的有效性.     

Active Disturbance Rejection Control of Quadrotor UAVs Based on Joint Observation and Feedforward Compensation北大核心CSCD

为解决模型参数不确定与外界干扰影响下,四旋翼无人机飞控作业中姿态与轨迹跟踪精度下降,反应迟缓的问题,利用拓展Kalman滤波应对非线性系统问题出色的适应能力和噪声抑制能力,对四旋翼状态信息进行初步估算来抑制高频信号干扰,从而降低了扩张状态观测器的估计负担.同时,与扩张状态观测器联合估计由系统不确定性参数与外界扰动联合组成的“总扰动”,使系统对于精确模型的依赖性降低,并利用扰动估计的微分值进行前馈补偿,以提高对突变扰动的跟踪精度,克服了突变干扰下的相位滞后现象.综合联合观测器、带前馈补偿的LESO及带误差补偿的PD控制律,形成了一种利用拓展Kalman滤波与前馈补偿后的扩张状态观测器联合观测扰动,能较大程度抑制高频噪声和突变扰动的改进型自抗扰控制器.仿真与实验结果表明,联合观测器能有效地减小观测误差幅值且能超前校正观测相位滞后,从而更好地得到更精确的状态信息,改进型自抗扰控制器能更好地满足四旋翼飞行器快速反应、高效稳定的控制要求,精准高效地完成复杂轨迹跟踪.     

基于自适应模糊控制方法的四翼混沌系统有限时间同步

研究了一类带有未知外部摄动的四翼混沌主从系统的有限时间同步控制问题.首先,基于自适应模糊控制方法,对四翼混沌系统的不确定项进行了处理.其次,基于Lyapunov有限时间稳定性准则,设计了一种有限时间同步控制器,使得主系统与从系统能在有限时间内实现状态同步.最后,通过数值仿真,检验了该方法的有效性和鲁棒性.     

不确定临界混沌系统的有限时间同步与参数识别

针对不确定临界混沌系统,研究了它的有限时间同步和参数识别.基于有限时间李雅谱诺夫稳定性理论以及自适应控制技术,通过分步骤,设置合适的控制器,分别使得在参数具有扰动和参数完全未知的情况下,不确定的驱动系统和响应系统达到有限时间同步;同时,对参数未知的驱动系统,利用有限时间同步识别出未知参数.最后的数值模拟验证了所提出的方法的正确性和有效性.     

非线性系统有限时间受限控制

任何实际的系统均受到不同形式的限制,例如状态受限、输入饱和等.还有一种限制是传感器或执行机构数量的不足.文章主要研究了传感器和执行机构数量不足情况下的非线性系统有限时间控制问题.针对这类间题获得了有限时间镇定控制的设计方法,并讨论了相应的控制器的实施问题.通过对某Lorenz混沌系统的仿真应用模拟,验证了所提出设计方法的可行有效.     

倾转旋翼飞行器飞行控制系统的建模与设计

运用最优控制理论中的极小值原理,对倾转旋翼飞行器的飞行控制系统进行建模设计并进行计算机仿真模拟,得到了对飞行器发动机倾角的最优控制律以及一系列仿真对比分析结果.     

基于自抗扰控制器的CNC雕刻机控制系统轮廓误差控制

针对CNC雕刻机控制系统因时变时延影响轮廓跟踪精度的问题,设计了基于自抗扰控制的单轴轨迹跟踪控制器和基于非线性PID(NLPID)的轮廓误差补偿控制器.首先,针对单轴轨迹跟踪控制,将时变时延引起的不确定性处理成系统总干扰的一部分,设计扩张状态观测器(ESO),对系统内外总干扰和系统状态进行实时估计,并设计误差补偿控制律,实现系统干扰的估计和补偿,得到良好的单轴轨迹跟踪控制性能.然后,根据轮廓误差估计值,设计基于NLPID的轮廓误差补偿控制器,对系统轮廓误差实时补偿,实现了良好的轮廓跟踪控制性能.最后,通过实验验证了所提方法的有效性.     

时变参数不确定广义系统的有限时间预见控制器设计

基于具有参数依赖的Lyapunov函数方法及LMI技巧,本文研究一类具有时变参数不确定广义离散时间系统的有限时间预见控制问题.首先,采用预见控制理论中误差系统的方法,引入两个辅助变量和离散提升技术,构造出包含未来目标值信号的信息的扩大误差系统,将有限时间预见跟踪问题转化为扩大误差系统的有限时间稳定性问题;然后,针对所推导的扩大误差系统,考虑输出反馈时,改造输出方程,使其包含可预见信号的信息,通过LMI技巧给出闭环系统有限时间稳定的条件及预见控制器的设计方法.通过求解LMI,即可确定预见控制器增益矩阵.数值仿真表明本文结果的有效性.     

航天器编队飞行多目标姿态快速跟踪鲁棒控制

研究了航天器编队飞行多目标姿态跟踪鲁棒控制问题．主航天器装有一个快速机动天线和一个星载相机．考虑相机对地面目标跟踪,同时考虑天线与从航天器通信的空间任务．通过引入角速度约束和姿态角约束,分别推导了相机和天线的参考姿态角、角速度和角加速度．提出期望逆系统的概念,将三维空间姿态跟踪问题转化为调节问题,简化了控制器的设计．考虑存在参数摄动和外部干扰力矩的情况,基于期望逆系统和滑模控制,设计了鲁棒姿态跟踪控制器,并利用Liapunov稳定性理论证明了控制系统的渐近稳定性．以两航天器编队飞行多目标跟踪为例进行数值仿真,结果表明所设计的控制器具有良好的鲁棒性和优越的跟踪性能．     

基于免疫函数的输入死区未知严格反馈非线性系统投影自适应指令滤波反步控制

为解决含有未知项以及输入死区的严格反馈非线性系统跟踪控制问题,提出一种基于免疫函数的投影自适应指令滤波有限时间控制方法.该方法使用免疫函数构造扩张状态观测器对具有输入死区控制系统中的未知项进行逼近,并使用指令滤波解决反步法中微分爆炸问题,建立滤波误差补偿机制降低滤波误差对跟踪精度的影响,同时使用投影算子保证了自适应参数的有界性.与现有文献中基于障碍李雅普诺夫函数的自适应反步约束控制相比较,文章可同时约束系统状态、补偿跟踪误差以及自适应参数在预设的范围内,保证了闭环系统中所有信号有界,结合有限时间控制加快了控制系统的收敛速度.最后仿真结果表明了文章控制方法的有效性.