四旋翼悬挂负载系统预设有限时间H_∞容错控制

在实际飞行中,四旋翼飞行器悬挂负载系统容易受到负载摆动以及外部扰动的影响,且可能出现执行器故障。针对此问题,本文基于反步法设计有界H_(∞)容错控制器来抑制外部扰动并消除执行器故障的影响,利用神经网络逼近系统中负载的不确定性,同时引入预设有限时间性能函数,使得四旋翼飞行器即使在负载和外部扰动的影响下,其跟踪误差仍能被约束在预先给定的范围内。所设计的控制器能够保证系统在较精确地跟踪参考轨迹的同时具有较高的抗干扰性能。仿真验证了所设计的控制器的有效性。

带悬挂负载的多旋翼无人机负载控制方案

为进一步提升多旋翼无人机的悬挂负载能力,充分满足不同场景下的运输、勘察等工作要求,需要在现有技术体系的框架下,认真做好带悬挂负载飞行建模工作,以实现无人机飞行姿态的可控性。文章从多个角度出发,深入探讨带悬挂负载多旋翼无人机负载控制方案,不断提升多旋翼无人机飞行状态的可控性与稳定性,旨在满足实际的地形地质勘察与空中运输的基本要求。

基于ZG方法的悬挂负载直升机零振荡悬停控制

能够空投并高效地完成起降、装卸货物,是悬挂负载直升机重要的优点。欲使直升机成功并安全地实现货物装卸,需要直升机成功到达目的地,而且悬挂负载直升机飞行时悬挂物不发生振荡。为了实现悬挂负载直升机的零振荡悬停控制,基于ZG方法,在悬挂负载直升机简化数学模型基础上研究零振荡悬停控制问题。首先通过使用ZG方法对数学模型进行处理,得到相应的控制公式。然后创新性地引入参数的可变性,得到了辅助控制公式,并结合得到了控制器公式组。最后在MATLAB平台上进行计算机仿真,仿真结果验证了该控制器的有效性和精确性,进而证实了ZG方法对于实现悬挂负载直升机零振荡悬停控制的可行性和有效性。

带悬挂负载的八旋翼无人机建模与控制

针对带悬挂负载的八旋翼无人机的飞行稳定性问题,建立八旋翼无人机-负载模型并提出控制方法。首先建立悬挂负载的模型,并将其耦合到八旋翼无人机模型上,得到整个八旋翼无人机-负载系统的非线性模型。然后在悬停点处进行模型的线性化,根据线性化模型,设计PID串级控制器,整定控制器参数,使得系统达到军标ADS-33E-PRF的Level1标准。最后基于设计的控制器,在5~8 m/s的风速下,完成了带悬挂负载的八旋翼无人机的飞行实验。实验数据表明：带悬挂负载飞行时,八旋翼无人机能够准确地跟踪设定值,其位置稳态余差小于0.4 m,整个过程姿态、速度稳定。实验结果验证了所设计控制器的可靠性。目前,该研究成果已成功应用于雷达标校中。

悬挂负载空中机器人的抗摆控制

为了解决悬挂负载空中机器人飞行时产生的负载摆动和残余振荡问题,本文采用滑模变结构方法设计了高度控制器和抗摆控制器。首先建立悬挂负载空中机器人的动力学模型,基于此设计出一阶滑模的高度控制器和二阶滑模的抗摆控制器,并且提出了一种改进型的边界层厚度可变的边界层法来降低抖震现象。最后使用MATLAB和Adams联合仿真,验证控制器的有效性。结果表明,设计出的控制器具有良好的抗摆效果,满足系统要求。

多无人机绳索悬挂协同搬运固定时间控制

针对多无人机绳索悬挂协同搬运跟踪控制问题,设计了一种新的固定时间协同跟踪控制算法。首先,通过旋量分析,计算系统不同状态下的有效旋量空间,并根据静力学平衡计算系统在有效旋量空间约束下的拉力容许裕度。其次,在保证绳索张紧以及最大拉力约束的条件下,基于微分平坦性以及绳索拉力优化分配算法,规划编队的期望跟踪轨迹。然后,基于Udwadia-Kalaba方程建立系统动力学模型,设计了连续的基于类超扭滑模和积分滑模的鲁棒控制项,以补偿系绳拉力给无人机造成的扰动,并设计了基于双极限齐次性原理的固定时间无人机协同外环位置控制器。针对无人机内环姿态稳定控制,设计了固定时间姿态稳定控制器。仿真结果表明,绳索拉力满足张紧和最大拉力约束,且设计的固定时间协同跟踪控制算法保证了系统在固定时间内稳定跟踪期望轨迹。

输电线路异物清除空中机器人飞行控制技术研究

针对人工清理输电线路上的异物效率低且存在较大风险的问题,本文提出了一种用于输电线路清理的空中机器人,该空中机器人通过悬挂作业工具实现线路异物清理。本文针对输电线路异物清理空中机器人建立了其携带负载时的运动学和动力学模型;针对空中机器人携带负载后带来的重心变化、接触作业时的接触力与参数摄动等问题,研究了线性自抗扰控制方法。对空中机器人进行了仿真实验,验证了本文提出的空中机器人的可行性和线性自抗扰控制方法在空中机器人上具有较好的控制效果和抗干扰能力。