基于浸入与不变流形的抗干扰饱和姿态控制器

设计了一种抗慢时变干扰的简单饱和姿态控制器。其基本原理是将干扰作为未知参数,然后利用浸入与不变流形的方法设计了独立于控制器的干扰估计器,从而再基于干扰的估计结果设计饱和控制器。该控制器形式简单,由比例与微分项和干扰补偿项组成,各部分物理意义明确。根据浸入与不变流形方法,通过严格的理论证明得到了如下结果:对于慢时变干扰的情况,通过调整控制干扰辨识收敛速度的参数,可以使得理论上的姿态最终控制误差任意小(实际仿真误差还受限于由数值稳定性决定的时间步长);对于干扰为常值的情况,则可以完全消除干扰的影响,并获得系统状态渐近稳定的结果。最后通过数值仿真验证了控制方案的可行性。

基于浸入与不变流形估计器的滑模制导律研究

针对防空导弹拦截大机动目标的问题,设计了一种基于浸入与不变流形理论的滑模制导律。首先,建立了导弹与目标相对运动方程;其次,为了加快制导律的收敛速度和命中精度,研究了有限时间收敛制导律,并根据反步法设计制导指令;然后,针对目标大机动逃逸,采用浸入与不变流形估计器对目标加速度进行在线估计和补偿,研究了在制导过程中估计器非线性函数的设计方法;最后,采用Lyapunov函数对制导律稳定性进行分析,并通过数值仿真验证了所提出制导律的有效性。

基于I&I与Hamiltonian理论的机器人速度观测器设计

近期,Astolfi和Stamnes等对一类机械系统设计了速度观测器.采用了分步设计Lyapunov函数的方法,这导致观测误差系统结构复杂、证明繁琐.而且设计的偏微分方程(Partial differential equation,PDE)不合理,导致计算量大、不易求解.本文在Astolfi和Stamnes等的基础上,对一类机械(机器人)系统设计了速度观测器.通过对观测误差系统的Hamiltonian实现,克服了Astolfi和Stamnes等方法中的上述缺点.并设计了一类偏微分方程,避免了繁琐计算.最后,将所设计的速度观测器应用到一类关节机器人中,仿真结果验证了设计方法的有效性.

基于自适应的月球着陆器悬停避障方法

考虑质量和推力不确定性,月球着陆器在悬停避障时将难以快速稳定到设计高度.为解决此问题,提出一种基于自适应的高精度悬停避障方法,其核心是利用位置测量作为观测器的输入,对质量和推力不确定性进行快速估计和补偿.与基于PID的方案相比,该方案具有估计速度更快的优点,能够快速实现高精度的悬停避障控制.最后对所提方法给出仿真验证.

倾转四旋翼无人机固定时间位姿一体化控制

针对存在参数不确定性和外部干扰的倾转四旋翼无人机位姿一体化控制问题,提出一种新颖的基于非奇异终端滑模和对偶四元数原理的固定时间控制方法。首先,针对倾转四旋翼无人机跟踪控制系统设计了一种基于对偶四元数的非奇异终端滑模面。然后,考虑到无人机受到外部干扰和参数不确定性的影响,设计了一个基于浸入与不变流形原理的自适应律来估计不确定参数,解决了估计值偏离真实值的问题,进而提出一种固定时间控制律实现无人机轨迹跟踪控制。数值仿真结果验证了所提控制方案的可行性和有效性,该方案对外部干扰和参数不确定性具有较强的鲁棒性。

无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制

提出了一种无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制算法。首先建立起基于对偶四元数的带扰动和参数不确定性的航天器姿轨耦合动力学模型。然后基于浸入与不变流形理论设计了速度观测器,通过增益注入对非线性项抑制,从而同时估计角速度和线速度。利用李雅普诺夫函数分析了观测器状态量的收敛性以及注入增益的有界性,证明了该观测器的指数稳定性。最后设计了一个比例-微分(PD)位置与姿态跟踪控制器,该控制器可以实现航天器的任意姿态与位置跟踪,分析了这种观测-控制结构的闭环系统渐近稳定性。仿真验证了该速度观测器和控制器的有效性以及对于参数不确定性和测量噪声具有较好的鲁棒性。