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SE(3)上一般力学控制系统的运动描述与飞行器建模

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航空学报 2012年第8期33卷 1491-1497页

作者：左宗玉北京航空航天大学第七研究室北京100191 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191

与Lie群上的简单力学控制系统不同,Lie群上的一般力学控制系统需要考虑势能在位形空间中的变化,故其Lagrange算子不再是左不变的,这意味着根据定义Euler-Poincaré方程不能直接应用于此类系统。为此,本文首先建立矩阵Lie群SE(3)上的一... 详细信息

与Lie群上的简单力学控制系统不同,Lie群上的一般力学控制系统需要考虑势能在位形空间中的变化,故其Lagrange算子不再是左不变的,这意味着根据定义Euler-Poincaré方程不能直接应用于此类系统。为此,本文首先建立矩阵Lie群SE(3)上的一般力学控制系统的数学描述,重新定义Lagrange算子为左不变动能减势能;然后基于连续La-grange-d’Alembert法则推导得到了含有势能函数的Euler-Poincaré方程,用来刻画SE(3)上一般力学控制系统的动态;最后给出了四旋翼无人直升机和无人飞艇建模的应用实例。

关键词：一般力学控制系统矩阵Lie群左不变 Euler-Poincaré方程四旋翼直升机飞艇

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高空系留气球建模与稳定性分析

北京航空航天大学学报 2010年第8期36卷 940-944页

作者：祝明左宗玉北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

平流层高空系留气球是典型的无控制欠阻尼自治系统,因此平台本身应当具有较好的稳定性,然而该系统的线性化模型含有零特征根,导致经典的Lyapunov第一方法难以从理论上获得其稳定性结论.从一般刚体的Newton-Euler方程出发,根据刚体对任... 详细信息

平流层高空系留气球是典型的无控制欠阻尼自治系统,因此平台本身应当具有较好的稳定性,然而该系统的线性化模型含有零特征根,导致经典的Lyapunov第一方法难以从理论上获得其稳定性结论.从一般刚体的Newton-Euler方程出发,根据刚体对任一点的平动和转动方程,建立基于广义坐标的高空系留气球二阶非线性动力学模型,并针对Lyapunov方法证明稳定性的局限性,从能量的角度运用拉格朗日定理证明了高空系留气球的稳定性,数值仿真结果与理论结果一致.

关键词：气球广义坐标动力学建模稳定性拉格朗日定理

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欠驱动飞艇三维路径跟踪控制

控制理论与应用 2016年第11期33卷 1463-1473页

作者：王欣欣左宗玉北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学第七研究室北京100191

针对欠驱动飞艇的路径跟踪控制问题,提出了一种基于制导向量场的三维路径跟踪控制方法.首先,引入向量场理论.接着基于牛顿–欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型.基于所提模型和向量场理论构造制导向量场以获得期望姿态角和期望速度.然后... 详细信息

针对欠驱动飞艇的路径跟踪控制问题,提出了一种基于制导向量场的三维路径跟踪控制方法.首先,引入向量场理论.接着基于牛顿–欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型.基于所提模型和向量场理论构造制导向量场以获得期望姿态角和期望速度.然后结合反步法和PD控制设计路径跟踪控制器,用指令滤波器对控制器设计过程中虚拟控制的导数进行估计,避免了复杂的解析计算.所设计的控制器是由制导向量场子系统、姿态稳定环和速度跟踪环组成的内外环结构.稳定性分析证明了飞艇的路径跟踪误差最终一致有界.最后仿真结果验证了所提出方法的有效性.

关键词：制导向量场路径跟踪欠驱动飞艇反步法指令滤波器

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欠驱动飞艇平面路径跟踪控制

控制与决策 2017年第6期32卷 983-988页

作者：左宗玉王欣欣北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京航空航天大学第七研究室北京100191

针对欠驱动飞艇模型,提出一种基于制导向量场的平面路径跟踪控制方法.首先,基于牛顿-欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型;然后,基于向量场理论构造制导向量场以获得期望偏航角,结合反步法设计路径跟踪控制律,并通过稳定性分析证明所设计... 详细信息

针对欠驱动飞艇模型,提出一种基于制导向量场的平面路径跟踪控制方法.首先,基于牛顿-欧拉方程建立欠驱动飞艇动力学模型;然后,基于向量场理论构造制导向量场以获得期望偏航角,结合反步法设计路径跟踪控制律,并通过稳定性分析证明所设计的控制律能够使路径跟踪误差收敛到零而且闭环系统状态有界;最后,通过仿真对比了所提出方法与已有方法的控制效果,仿真结果验证了所提出方法的有效性和优越性.

关键词：制导向量场路径跟踪欠驱动飞艇反步法

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平流层飞艇气动特性相似缩比分析与风洞试验

国防科技大学学报 2023年第6期45卷 40-47页

作者：史智广左宗玉杨玉洁北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京临近空间飞艇技术开发有限公司北京100070

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特... 详细信息

阐述了平流层飞艇气动特性天地相似缩比分析设计方法,给出了刚体模型与柔性体模型完成风洞试验需满足的相似准则数,并指导完成两类缩比模型研制及风洞试验。通过对两类缩比模型风洞试验数据的分析,发现平流层飞艇不同充气内压下气动特性规律基本一致,但较刚体模型有明显的差异;柔性特征下的气动阻力系数明显高于刚体,在零攻角状态下甚至高出一倍,引发滚转气动力矩特性出现稳定与发散的本质变化。这对平流层飞艇特别是低压保形下的柔性气动特性评估,克服现有采用刚体气动特性数据或工程估算方法进行“动阻平衡”飞艇总体设计存在较大偏差的弊端,具有重要工程应用价值。

关键词：相似性气动特性风洞试验平流层飞艇缩比模型

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多囊体临近空间飞艇多要素耦合建模与仿真

航空学报 2023年第16期44卷 169-185页

作者：史智广杨玉洁左宗玉北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191 北京临近空间飞艇技术开发有限公司北京100070

针对多囊体临近空间飞艇多要素耦合仿真及长航时能力评估的迫切需求,详细阐述了多囊体临近空间飞艇六自由度位置与姿态动力学模型、环境热力学模型、内外囊体热力学模型及囊体氦气损失模型,通过位置、时间、姿态、空速等动力学输出信息... 详细信息

针对多囊体临近空间飞艇多要素耦合仿真及长航时能力评估的迫切需求,详细阐述了多囊体临近空间飞艇六自由度位置与姿态动力学模型、环境热力学模型、内外囊体热力学模型及囊体氦气损失模型,通过位置、时间、姿态、空速等动力学输出信息与压力成形体积、氦气质量等热力学输出信息实现平台力热动态耦合,能够全面反映飞艇在大气环境及操纵力作用下力热耦合变化规律,具备飞艇平台超热超压安全下的长航时定量评估能力。通过仿真发现,囊体内氦气在随风飘状态下最大超热达到55℃左右,为保证内外囊体白天压力安全需主动释放氦气导致飞行高度上升约100 m,夜晚囊体内压将至0 Pa无法维形保持浮力导致驻空高度快速降低,姿态振荡加剧,驻空航时仅有26.5 h,且动力全开无法获得稳定的航向飞行,空速来流降温无法最大效能发挥,需要控制系统接入实现动态闭环航路飞行,才能实现长航时飞行,具有重要的工程应用价值。

关键词：动力学建模热力学建模氦气泄露建模长航时能力评估临近空间飞艇多要素耦合

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多机械臂的分布式自适应迭代学习控制

北京航空航天大学学报 2015年第12期41卷 2384-2390页

作者：孙继鹏孟德元杜明骏左宗玉北京航空航天大学第七研究室北京100191 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对拓扑结构为无向连通的多机械臂系统,提出了一种自适应与迭代学习相结合的分布式控制协议来实现整个系统对给定期望参考轨迹的一致性跟踪.通过引入一个适当的自适应迭代学习参数,所提自适应迭代学习控制协议能够克服机械臂系统中的... 详细信息

针对拓扑结构为无向连通的多机械臂系统,提出了一种自适应与迭代学习相结合的分布式控制协议来实现整个系统对给定期望参考轨迹的一致性跟踪.通过引入一个适当的自适应迭代学习参数,所提自适应迭代学习控制协议能够克服机械臂系统中的干扰和模型不确定性,并且每个机械臂的自适应迭代学习控制(AILC)律仅需要利用其与邻居机械臂的相对交互信息.进一步,在只有一部分机械臂具有期望参考轨迹信息的前提下,该控制协议可以实现整个系统对期望参考轨迹的跟踪,同时能够保证轨迹跟踪误差与控制输入的有界性.此外,利用李亚普诺夫分析方法证实了所得结论的正确性,并且通过一个实例验证了所提自适应迭代学习控制协议的有效性.

关键词：多机械臂系统一致性分布式协议自适应控制迭代学习控制

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四旋翼无人飞行器自适应轨迹跟踪控制

四旋翼无人飞行器自适应轨迹跟踪控制

第三十届中国控制会议

作者：左宗玉北京航空航天大学第七研究室飞行器控制一体化技术重点实验室

针对四旋翼无人飞行器惯性参数不确定的情况,提出了一种带指令滤波补偿的参数不确定自适应轨迹跟踪控制设计新方法,由位置跟踪控制器、姿态稳定控制器、线性微分跟踪器以及惯性参数估计器构成,首先利用位置跟踪控制建立姿态和线运动之... 详细信息

针对四旋翼无人飞行器惯性参数不确定的情况,提出了一种带指令滤波补偿的参数不确定自适应轨迹跟踪控制设计新方法,由位置跟踪控制器、姿态稳定控制器、线性微分跟踪器以及惯性参数估计器构成,首先利用位置跟踪控制建立姿态和线运动之问的关系并导出姿态指令信号,然后基于输入输出稳定性理论构造姿态稳定控制律和惯性参数估计律,再运用线性微分跟踪器进行指令动态补偿,避免了轨迹跟踪控制设计对时标分离假设的依赖,最后给出了四旋翼跟踪典型轨迹的仿真结果,验证了所提出方法的正确性和有效性。

关键词：四旋翼轨迹跟踪自适应控制参数不确定

来源： cnki会议评论

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自动控制原理课程教学实践与浅析

教育现代化 2019年第39期 145-148页

作者：左宗玉邱红专北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院

"自动控制原理"是自动化专业的核心课程,在专业课程体系中占有重要地位。为了提高其教学质量,本文通过分析总结本校学生近三年期末考试成绩,提出了建立学习小组、布置作业具有针对性、强化数学基础以及采用讨论与探究式教学和对比式教... 详细信息

"自动控制原理"是自动化专业的核心课程,在专业课程体系中占有重要地位。为了提高其教学质量,本文通过分析总结本校学生近三年期末考试成绩,提出了建立学习小组、布置作业具有针对性、强化数学基础以及采用讨论与探究式教学和对比式教学等改进方法。

关键词：自动控制原理样本分析教学改革