四旋翼无人机鲁棒嵌套饱和控制

针对四旋翼无人机在执行任务中,动力系统受到输入饱和限制,传统嵌套饱和控制算法收敛条件严格、收敛速度慢、稳态精度不高、鲁棒性不强等问题,提出了一种四旋翼无人机鲁棒嵌套饱和控制算法。首先,设计了条件相对放松的嵌套饱和控制算法,降低了设计难度,并且给出了闭环系统的稳定性证明。其次,基于条件放松的嵌套饱和控制算法,引入自耦PD和补偿函数观测器,提升系统的响应速度,稳态精度以及鲁棒性,并利用Lyapunov稳定性原理证明了闭环系统的全局稳定性。最后,将所提算法与传统嵌套饱和控制算法和PD控制算法进行了仿真对比,结果表明:本文提出的算法在暂态性能、稳态性能和鲁棒性上都是最优。

基于嵌套饱和方法的吊车系统非线性控制

针对吊车系统定位和防摆的控制要求,提出了一种基于嵌套饱和方法的非线性控制策略。对吊车系统动力学方程进行部分反馈线性化,并通过坐标变换将其转化为便于控制器设计的严格前馈级联规范型;在此基础上利用嵌套饱和非线性控制方法设计了吊车定位防摆控制器。仿真结果表明,该方法在较小的控制力作用下实现了吊车系统的定位和防摆,并且对于吊车系统参数的变化具有很强的鲁棒性。

一类欠驱动机械系统的嵌套饱和控制

针对一类欠驱动机械系统,设计了将系统动力学转换成严格前馈级联非线性系统的坐标和控制变换,基于得到的严格前馈形式的级联非线性系统,给出了系统的嵌套饱和控制器。结合欠驱动车摆系统,采用提出的嵌套饱和控制方案进行了系统的稳定设计,对得到的稳定的控制系统进行了仿真实验,结果表明所提出的控制策略能够有效解决系统动力学可转换成前馈级联非线性系统形式的这类欠驱动机械系统的稳定控制。

基于系统输出的嵌套饱和系统抗饱和补偿器设计

针对嵌套输入饱和系统的吸引域扩大问题,本文提出了一种基于系统输出的抗饱和补偿器激发策略,将被控系统输出信号经性能补偿器馈入到抗饱和补偿器激发环节中,形成蕴含系统实时性能信息的抗饱和激发新机制,克服了传统抗饱和激发机制无法直接反映系统性能的缺点.基于上述抗饱和控制新框架,本文建立了抗饱和补偿器及性能补偿器存在的充分条件,并依此构建了优化问题求解最优补偿器增益以实现扩大闭环系统吸引域的目的.仿真结果表明本文方法的有效性.

基于嵌套饱和的四旋翼无人机吊挂负载控制器设计

针对四旋翼无人机吊挂负载系统飞行中的摆角抑制问题,考虑过快位置机动容易引起吊挂大幅度摆动,提出了一种基于嵌套饱和的四旋翼无人机吊挂负载控制器。首先,利用扩张状态观测器估计干扰,设计具有强抗扰能力的垂直位置控制器;其次,基于简化模型通过构建李雅普诺夫函数,设计控制摆角收敛的抑摆控制器;最后,基于一种嵌套饱和控制方法,设计了限制机动速度的水平位置控制器。与已有控制方法的仿真对比表明,该控制器不但能保证四旋翼无人机吊挂负载系统稳定飞行,还能在大幅度位置机动指令下有效减小最大摆幅。

基于嵌套饱和的输入约束浮空器非线性控制

提出用嵌套饱和函数描述的控制律形式,可以同时解决速率和幅值约束的控制问题.建立浮空器的三自由度模型,将除螺旋桨推力外的其他作用力作为扰动项,进而把该系统化为类积分链式系统;基于嵌套饱和控制理论,研究了类积分链式系统的控制输入幅值及速率约束与控制器饱和函数参数的关系;以浮空器为研究对象,进行纵向和横向通道解耦控制器设计,实现控制系统输入的幅值和速率有界.利用Lyapunov稳定性原理证明了系统的全局稳定性,分析了可调控制器参数对改善系统的动态性能的影响,在考虑风扰动的情况下,仿真验证了控制器的有效性和鲁棒性.

对离散多饱和系统吸引域的估计

饱和是控制系统比较常见的现象,怎样确定它的稳定区域是大家一直以来关心的热点,关于它有大量的文献．本文采用了一种新的推导方式来处理多饱和非线性,饱和总是由内饱和到外饱和依次发生的,而这种推导正好符合这一实际情况．同时引入饱和相关李雅普诺夫函数,此函数曾经应用于离散单饱和系统,并取得了一定效果,在此,将其推广到多饱和系统．最后的仿真结果证明了方法的正确性,及与先前方法相比的优越性．

一种全局渐近稳定的适用于二阶积分系统的饱和PID控制器

针对二阶积分系统,本文设计了嵌套饱和函数形式的PID控制器。通过综合运用不变区域、相平面分析与前向系统的相关理论,层层剥离饱和函数的限制,最终将控制器归结为无饱和约束的PID形式。在无干扰存在时,可以证明系统是全局渐近稳定的;在存在干扰时,则至少能证明系统是输入-状态稳定的。相对于文献中已有的利用奇异扰动值理论研究具有积分饱和约束的方法,本文为积分系数的选取提供了一个可以明确计算的上界。文章最后通过数值仿真验证了理论的正确性。

月球着陆器最终下降段的制导与控制方法研究

对月球着陆器从约100m到30m之间高度的最终下降段的制导与控制方法进行了研究。提出了一种保证推力有界的简单制导方案,并从理论上严格证明了制导与姿态控制系统的几乎全局渐近稳定的性质。本文的创新之处在于:设计了嵌套饱和函数形式的特殊制导律,该制导律不仅满足主推力有界和可以防止姿态控制中的奇异问题,而且具有形式更为简单和调节着陆器的最大允许偏斜角等优点;得益于制导律的嵌套饱和函数形式,证明了目标角速度的全局有界性质,从而可以获得姿态子系统相对于制导子系统的分离性质。

一种非线性直升机系统的有限时间镇定

针对一个具有多输入、强耦合、非线性的CE150直升机系统,给出了一种有限时间控制方案.该方案首先将整个直升机模型看作一个级联系统,通过坐标变换并采用基于限时间控制的嵌套饱和方法分别对两个子系统进行有限时间镇定;然后验证前向一致性,保证了整个闭环系统的全局有限时间镇定.仿真结果表明,该方案不但有效而且具有更好的收敛性和鲁棒性.

月球着陆器最终下降段的有界控制方法研究

本文对月球着陆器最终下降段的控制方法进行了研究,提出了一种同时保证主推力与姿态控制力矩有界的方案,并从理论证明了制导与姿态控制系统的联合稳定性。本文的主要创新之处在于:提出了一种形式上更为简单的嵌套饱和函数形式的制导律,该制导律具有调节推力上界与着陆器的最大偏斜角,以及限制速度大小等优点;提出了一种具有饱和函数限制形式的姿态控制律,证明了力矩的有界性,并给出了力矩上界的具体估计方法;运用级联系统的相关理论严格证明了联合系统的全局渐近稳定性。文章最后用数值仿真验证了本文方案的可行性。

含模型不确定性的上三角非线性系统的全局镇定

本文针对一类具有模型不确定性的上三角非线性系统,利用嵌套饱和函数方法研究其全局镇定问题.首先,对系统中存在的未知幂指数、未知控制参数和不确定性非线性函数施加适当假设,并基于Lyapunov稳定性定理利用已知的参数设计局部镇定控制器.然后,将设计的控制器与饱和函数结合得到饱和控制器.通过适当选取饱和度,可以证明只要不确定参数在限定的范围内,该控制器都能够使得闭环系统全局渐近稳定.最后,选取不同的系统幂指数搭建数值仿真算例.在相同的控制器作用下,系统状态和控制轨迹渐近收敛至原点,从而验证了所提控制算法的有效性和鲁棒性.

矿山作业机器人直流伺服驱动系统控制研究

为了解决矿山作业机器人执行终端伺服驱动系统响应速度慢、定位误差大、易受外部干扰等问题,提出了一种嵌套饱和控制与积分滑模控制相结合的有限时间镇定控制方法。通过对外部干扰下的直流伺服驱动三阶线性不确定系统模型进行分析,基于积分滑模设计思想,引入了嵌套饱和控制策略,结果表明,该方法使系统状态输出在有限时间内到达滑模面并实现镇定,从而实现了执行终端伺服直流电机输出角速度的快速精准控制。仿真试验结果表明,该控制方法不仅提高了矿山作业机器人伺服直流驱动系统的响应速度和控制精度,还减弱了外部干扰的影响,显著提升了系统的稳定性。