基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制

针对旋翼飞行器控制过程中存在侧风等外界干扰、飞机本身存在未建模动态等不确定性,提出了一种基于Backstepping-L1自适应控制的旋翼飞行器容错控制方法。首先,在不考虑不确定性的情况下,根据旋翼飞行器的动力学方程和运动学方程,利用Lyapunov函数方法设计了基于Backstepping控制的姿态控制律,实现了闭环系统的稳定控制,且响应快速精确。其次,考虑不确定性对系统的影响,在Backstepping控制器的基础上,通过引入自适应律和状态观测器,实现对不确定性的实时估计和系统状态的在线观测,进而设计出具有鲁棒性的L1自适应控制器,消除了不确定性的影响,实现了旋翼姿态的容错控制。再次,通过引入一个闭环稳定的自治参考系统,对所设计的L1控制器进行稳定性分析,分析表明:设计的状态观测器跟踪误差有界并收敛到0,能够准确实时地估计被控系统状态;自适应律可快速自适应于系统存在的干扰及未建模动态等不确定性;控制律可以保证系统在正常状态及存在不确定性的情况下实时跟踪引入的参考系统,且跟踪误差趋近于0,从而保证系统稳定。最后,通过MATLAB仿真对比验证了该方法的有效性。

基于L1自适应控制的无人机横侧向控制

在设计无人机飞控系统时,以往采用PID增益调参,由于每架飞机参数的不确定,传统方法费时费力。为了克服传统方法对系统参数和模型结构的依赖,提出了一种对小型无人机进行横侧向滚转角控制设计的新的L1自适应控制方法。该方法将飞机在包线内的参数变化和耦合视为模型的时变参数和干扰;构建的L1横侧向控制律能够对控制信号中的高频振荡进行有效抑制。仿真验证的结果表明,所设计的控制器能够控制跟踪误差渐进收敛且跟踪效果良好。

具有输入约束的飞机姿态L_1自适应控制

针对具有模型不确定性、控制舵面故障以及非线性干扰的飞机俯仰姿态控制问题,基于L1自适应方法设计增广控制器。设计合适带宽的低通滤波器,以满足控制器快速自适应要求,保证系统输入输出信号的一致性能有界。考虑伺服控制实际存在的幅值约束,推导出所设计的自适应控制系统的稳定性条件及其性能界,即忽略幅值约束时,选择足够大的自适应增益,闭环系统性能能够任意接近参考系统;考虑幅值约束时,闭环系统的性能可以通过增大自适应增益得以改善,但是不能任意接近参考系统。仿真验证了所设计的飞机姿态控制系统的有效性,结果表明控制器对有界不确定性和干扰具有鲁棒性,同时满足输入约束要求。

互质因子摄动系统最优l_1鲁棒控制:连续性与自适应控制(英文)

针对具有互质因子摄动和未知干扰的离散时间系统研究了一种自适应鲁棒控制策略 .本文的主要工作包括三个方面 .首先建立了互质因子摄动系统最优l1鲁棒控制设计的连续性 .然后 ,提出了一种带变死区的参数鲁棒估计投影算法 .最后 ,结合所提出的参数估计算法和最优l1鲁棒控制 ,利用确定性等价原理提出了互质因子摄动系统的一种新的自适应鲁棒控制方法 .基于本文建立的l1优化设计的连续性 ,证明了自适应鲁棒控制的全局稳定性 。

基于观测器的不确定非线性系统L_1自适应控制

针对一类严格块反馈型不确定非线性系统,采用反步设计方法提出了一种新的基于滑模状态观测器的L1自适应控制方案。由于系统状态不完全可测,首先设计滑模观测器对系统状态进行估计,并分析观测器的收敛性,在此基础上,通过反步法得到系统的理想控制律。为了消除反步控制中的"项数膨胀",引入非线性跟踪微分器来提取理想控制律的微分信号。为提高系统响应的瞬态性能,消除控制输入的高频振荡,引入L1自适应控制对控制律进行改进,通过理论推导证明了闭环系统的稳定性。最后通过数值仿真算例验证了所设计控制方案具有快速的收敛性、良好的跟踪性等期望性能。

含热诱发扰动的挠性卫星L_1自适应控制

为了揭示挠性帆板的热诱发运动机理及其对卫星本体姿态机动的影响,采用拉格朗日能量法建立了主刚体带挠性梁模型受到突加热流时系统的动力学模型,分析了帆板热诱发运动的特性。假设系统的模型参数未知,设计了L1自适应控制器,仅卫星的姿态角和姿态角速度作为反馈量,将帆板热致振动和变形作为未建模动力学特性,实现卫星考虑帆板热扰动力矩的快速姿态机动控制。数值仿真结果表明,环境温度突然变化引起的帆板运动包括准静态变形和振动两部分,同时引起的姿态误差也包括常值偏差和姿态振动,所设计的控制器在系统考虑热引起的扰动时仍可以有效地实现卫星的快速姿态机动,且系统各阶挠性模态稳定,参数估计收敛。

基于K_p=S_1D_1U_1分解的多变量鲁棒模型参考自适应控制

针对具有噪声的多变量系统,利用高频增益矩阵K。_p=S_1D_1U_1分解,提出了一种多变量鲁棒直接型模型参考自适应控制．通过重新证明一些同单变量系统鲁棒自适应控制理论相似的性质,及重新定义规范化信号,找出了闭环系统的所有信号与规范化信号之间的关系,严格地分析了闭环系统的稳定性和鲁棒性．

基于L1自适应控制的飞机操纵面故障重构

针对飞机操纵面故障及传统的模型参考自适应方法动态性能欠佳的问题,提出了一种基于L1自适应控制理论的飞翼无人机横侧向滚转角重构控制方法;该方法将操纵面故障引起的模型参数的变化视为模型不确定性,将三轴间的交联耦合处理为外部干扰;通过选择合适的自适应律和低通滤波器,使L1自适应重构控制器同时满足快速自适应性和鲁棒性;针对操纵面发生漂浮、完全损失及卡死等故障进行了仿真。仿真结果表明:控制器可使跟踪误差快速收敛且动态性能良好,所提出的重构方法可用于操纵面故障的重构控制。

基于L1自适应控制的四旋翼无人机姿态控制

针对四旋翼无人机模型中存在非线性因素和不确定干扰的姿态控制问题,采用基于投影算子的L1自适应控制方法进行四旋翼无人机姿态控制律设计;首先根据四旋翼无人机运动原理建立多入多出的非线性姿态运动模型,然后针对模型中存在的陀螺力矩干扰、质量分布不均引起的力矩干扰、环境干扰和自身非线性影响,设计L1自适应控制器,分析了系统的鲁棒性能;仿真结果表明了控制系统在满足良好动态性能的同时能够保证良好的鲁棒性。

基于L_(1)自适应控制律的无人机滚转控制

在飞行器参数变化时,L_(1)自适应控制相对于传统比例积分微分(proportional integral derivative,PID)控制方法具有理想的控制效果。针对某型存在参数不确定性的无人机,建立了无人机横侧向动力学模型,在对L_(1)自适应控制理论进行研究的基础上,分别设计了L_(1)自适应控制律和比例微分(proportional derivative,PD)控制律,通过算例仿真,对比分析了这两种控制律对无人机滚转角的控制效果。结果表明,L_(1)自适应控制律具有良好的抗飞行器参数变化能力,鲁棒性强,对无人机飞行控制系统设计具有重要的参考价值。

非线性机炉协调系统的多变量输出反馈L1自适应控制

针对机炉协调系统非线性、参数时变、受扰等特点,将现有单输入单输出、线性输出映射系统的输出反馈L1自适应控制算法推广至一类多输入多输出、非线性输出映射的系统.利用2-范数意义下利普希茨条件的性质,给出根据被控对象数学模型确定参数搜索界的方法,并对所设计控制系统的稳定性及瞬态跟踪误差界进行了分析.采用机炉系统的阀门反馈信号作为状态观测器的输入信号,解决了阀门开度的物理限制导致的积分饱和问题.利用经典的Bell-str9m机炉协调系统模型,分别对汽包水位偏差设定值不为零/为零的2组典型工况点进行了大范围负荷跟踪的仿真实验.实验结果表明,所提出的控制算法相比传统的鲁棒控制算法,过渡时间短及超调量小,在进行大范围负荷跟踪时,无需重新整定控制器参数仍能保持优良的控制性能.

基于L_1自适应控制理论的矿井提升机调速控制器设计

分析建立了整个提升机系统的动力学模型,并针对系统动态中的时变非线性、强耦合、大惯性和负荷未知等特点,设计了新的L1自适应控制器,在线学习提升机运行特性和状态,实现控制参数实时调整,获得良好的全局控制效果。数学证明表明,在自适应率足够大的情况下,L1控制器可以获得任意的稳态和瞬态跟踪精度。进而在MATLAB环境下对L1控制器进行仿真验证,并在实际的提升机物理平台上进行实验。结果表明,在载荷未知的条件下,提升机控制系统能够很好地跟踪给定的速度曲线,具有较高的控制精度和鲁棒性。

2DOF直升机L1自适应控制系统设计与仿真分析

在实际工程中,飞行器控制系统受不确定非线性因素影响很大,线性系统难以满足使用需求,各种非线性的控制技术也逐步被引进到了飞行控制系统中。构建二自由度直升机(2DOF)俯仰轴与偏航轴控制系统,针对模型参考自适应控制器(MRAC)在复杂飞行条件下高自适应增益环境时易出现高频振荡的不足,引入L1自适应控制器。测试两类控制器在面对复杂高强度干扰时的性能。仿真结果表明,L1控制器可以解决了高自适应增益时MRAC高频振荡现象。

有界增益遗忘L1自适应控制算法的研究

针对单输入单输出非线性系统存在参数不确定性和干扰,结合L1自适应方法和极点配置控制方法,提出一种有界遗忘增益L1自适应控制方法,其中极点配置控制器主要用来保证线性部分闭环稳定,L1自适应控制器则用于抵消系统的非线性特性、参数不确定性和干扰。在L1自适应律中采用改进的有界增益遗忘(IBGF)方法计算自适应增益,将定常自适应增益换成时变的增益,由低到高的平缓时变增益可以有效地抑制由非零初始状态造成的扰动,该算法的稳定性得到了证明。仿真验证表明该方法具有很好的控制效果,验证了它的有效性和实用性。

基于参数空间寻优的超低空空投L_1自适应控制器参数优化

针对基于L_1自适应控制的超低空空投纵向控制器,利用基于参数空间寻优(parameter space investigation,PSI)的多准则优化方法,以空投任务性能等级为指标,对L_1自适应控制器中状态估计器短周期阻尼比、自然频率以及低通滤波器带宽这3个参数进行优化,通过两次迭代,最终求得合适的Pareto最优解以完成参数优化的过程.仿真验证了参数寻优过程的有效性和适用性,证明了经参数优化后,超低空空投任务性能等级由"适度"改善至"期望", L_1控制器的动态性能和鲁棒性能提升显著,可有效保证运输机的安全性和空投任务的顺利完成.

机电伺服系统L1自适应控制

机电伺服系统存在较多不确定性,制约了系统性能提升。已有非线性控制方法虽可处理系统不确定性,但往往不能满足系统高频跟踪要求,而传统线性频宽控制方法又往往缺乏主动补偿不确定性的手段。针对机电系统参数未知又受时变干扰的情形,设计了一种L1自适应非线性控制策略,不仅有效补偿了系统不确定性,而且实现了非线性控制器与线性频宽参数的一体化设计。鉴于L1自适应控制策略依赖全状态反馈,又对测量噪声敏感,进一步搭建了跟踪微分器,快速跟踪速度信号动态特性的同时抑制了噪声,针对机电伺服系统的特点实现了跟踪微分器与L1自适应控制的有效融合。最后,对比仿真结果验证了算法的有效性。

考虑执行机构死区的L_(1)自适应控制

针对执行机构存在死区,系统模型存在不确定性,飞行过程受到有界扰动的飞行器姿态控制等问题,设计了相应的L1自适应控制器。通过设计滤波器和自适应律,保证控制系统的快速自适应性和鲁棒性。考虑执行机构存在死区时控制指令的不同响应情况,推导了考虑执行机构死区的L1自适应控制系统的稳定条件。仿真结果表明:该方法能够对执行机构的死区特性进行自适应补偿,对参考指令的跟踪稳定有效,且对系统模型的不确定性和有界扰动具有强鲁棒性。

基于L_1自适应控制的阵风减缓控制律设计

民用飞机在巡航和机动飞行过程中经常会不可避免地受到阵风或大气紊流的影响,而产生气动力和力矩,带给飞机的是不希望的附加过载,致使飞机在飞行中产生振动、颠簸等现象。针对这一问题,采用一种新的L_1自适应控制方法来设计阵风减缓控制系统。文章首先概述了L_1自适应控制方法的基本结构;然后构建存在大气紊流影响时的飞机模型,并具体结合L_1自适应控制方法,设计民机阵风减缓控制律;最后对所设计的控制系统进行了仿真验证,结果表明:所设计的L_1自适应控制器能够起到良好的阵风减缓作用。

基于非线性L_1自适应动态逆的飞行器姿态角控制

钊对常规动态逆控制器不能有效抵消系统中的不确定性这一缺点,提出了一种非线性L_1自适应动态逆控制方法.该方法能够克服常规动态逆的不足,在保证系统鲁棒性的前提下,提升飞行器姿态角控制效果.首先,采用时标分离原理,将姿态角控制系统分为内外两个回路:外回路采用常规动态逆控制器,用于姿态角的跟踪控制;内回路采用非线性L_1自适应控制器,用于角速率的控制.其中,L_1自适应控制器由静态反馈控制器和自适应控制器组成:静态反馈控制器通过状态反馈实现,用于保证内回路的稳定和具有期望的闭环特性;自适应控制器由状态观测器、自适应律和控制律组成,用于抵消系统中的不确定性.其次,对所提控制方法的稳定性进行了分析,结果证明了该控制方法能够保证内回路的稳定和外回路的误差有界.最后,在综合考虑多种不确定性的情况下,将本文提出的非线性L_1自适应动态逆控制方法用于某无人飞行器姿态角控制,仿真结果验证了该控制方法的有效性和鲁棒性.

飞机翼面损伤的L1自适应重构控制方法研究

进行飞机翼面损伤下的重构控制对提高飞机的安全可靠性具有重要的意义,传统的自适应重构控制方法易产生高增益和高频震荡,提出一种基于L1自适应控制的重构控制方法,可同时满足快速自适应和鲁棒性特点;首先根据翼面故障对飞机气动特性的影响,建立故障参数模型,然后根据L1自适应控制快速自适应和鲁棒性的特点,选择合适的自适应律和滤波器进行重构控制器的设计,最后根据飞机升降舵翼面损伤情况进行仿真分析,结果表明文中所用方法可以进行部分翼面损伤的重构控制,能够快速响应和抑制高频震荡,重构控制取得了满意的效果。