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基于事件驱动的无人机吊挂系统在线自适应轨迹规划

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控制理论与应用 2024年第5期41卷 817-828页

作者：蔡佳明鲜斌天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

本文针对四旋翼无人机吊挂系统空运过程中负载摆角的非线性最优调节问题,提出了一种基于事件驱动的在线自适应轨迹规划策略.在事件驱动的自适应评价网框架下,利用神经网络的逼近学习能力得到吊挂负载摆动抑制的折现最优控制律.同时结合... 详细信息

本文针对四旋翼无人机吊挂系统空运过程中负载摆角的非线性最优调节问题,提出了一种基于事件驱动的在线自适应轨迹规划策略.在事件驱动的自适应评价网框架下,利用神经网络的逼近学习能力得到吊挂负载摆动抑制的折现最优控制律.同时结合该控制律进一步规划四旋翼无人机的飞行轨迹,实现了对无人机位置的精确调节和吊挂负载摆动的快速抑制,并且显著降低了无人机机载处理器的计算负担.然后采用基于Lyapunov稳定性的分析方法,证明了神经网络输出权值估计误差一致最终有界,并证明了无人机位置跟踪误差和吊挂负载摆动运动的收敛.最后,通过飞行对比实验验证了所提出的轨迹规划策略的有效性.

关键词：轨迹规划事件驱动无人机吊挂系统摆动抑制

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多无人机仿射编队的抗扰控制设计

控制与决策 2024年

作者：鲜斌刘佳妮姜鹏志天津大学电气自动化与信息工程学院航天神舟飞行器有限公司

多无人机仿射编队控制能够根据编队需求实现灵活的编队机动.针对存在外界未知扰动情况下的多无人机编队形成及变换问题,研究多无人机仿射编队抗扰控制及编队形成与变换过程中的避碰问题.首先,针对在外界干扰情况下仿射编队形成及变换问... 详细信息

多无人机仿射编队控制能够根据编队需求实现灵活的编队机动.针对存在外界未知扰动情况下的多无人机编队形成及变换问题,研究多无人机仿射编队抗扰控制及编队形成与变换过程中的避碰问题.首先,针对在外界干扰情况下仿射编队形成及变换问题,设计一种基于误差符号函数积分(RISE)的鲁棒控制算法.该控制算法能够对未知外界扰动造成的影响进行有效的补偿,提高多无人机仿射编队控制的鲁棒性.然后,基于Lyapunov分析法证明了编队控制系统的稳定性.针对多无人机机间避碰问题,利用缓冲维诺单元对无人机飞行区域进行分离,在仿射编队形成及变换过程中保证无人机间的碰撞避免.针对避碰过程中可能出现的死锁问题,提出一种启发式算法使无人机能够顺利从死锁中恢复.最后,使用室内实验平台验证所提出算法的有效性.

关键词：多无人机仿射编队控制分布式控制抗扰控制机间避碰实验验证

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基于方位信息的无人机编队控制设计与验证

控制理论与应用 2023年第9期40卷 1537-1546页

作者：孙文涵鲜斌天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072

本文主要研究了无人机编队的抗扰跟踪控制设计.针对各无人机只能获取邻机方位信息的情况,文章设计了一种新的非线性控制器以完成多无人机系统的编队形成与跟踪任务.考虑到无人机系统易受外界扰动影响的特性,采用Leader-Follower式编队方... 详细信息

本文主要研究了无人机编队的抗扰跟踪控制设计.针对各无人机只能获取邻机方位信息的情况,文章设计了一种新的非线性控制器以完成多无人机系统的编队形成与跟踪任务.考虑到无人机系统易受外界扰动影响的特性,采用Leader-Follower式编队方法,通过引入Leader位置信息来矫正基于方位信息的无人机编队系统的位置漂移.将反步法设计结合自适应设计与鲁棒控制设计,来补偿未知参数与未知外界扰动对多无人机编队系统造成的影响,提高了多无人机方位编队系统的鲁棒性.然后,基于Lyapunov分析方法证明了系统的稳定性.最后,搭建了四旋翼无人机编队实验平台,进行了基于方位信息的编队形成与跟踪飞行实验,并与PD控制器进行了对比实验.飞行实验结果验证了算法的有效性与实用性.

关键词：多无人机编队方位角编队控制非线性控制实验验证

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基于非线性扰动观测器的无人机地面效应补偿

吉林大学学报（工学版） 2022年第8期52卷 1926-1933页

作者：鲜斌李杰奇古训天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 贵阳学院电子与通信工程学院贵阳550005

本文针对地面效应对四旋翼无人机在降落过程中控制性能有较大影响的问题,在四旋翼无人机地面效应复杂、难以建立机理模型的限制下,提出一种基于非线性扰动观测器的新型非线性鲁棒控制策略。这种控制策略利用扰动观测器估计和补偿地面效... 详细信息

本文针对地面效应对四旋翼无人机在降落过程中控制性能有较大影响的问题,在四旋翼无人机地面效应复杂、难以建立机理模型的限制下,提出一种基于非线性扰动观测器的新型非线性鲁棒控制策略。这种控制策略利用扰动观测器估计和补偿地面效应带来的扰动,采用快速终端滑模控制器提高了无人机位置控制误差的收敛速度,实现了无人机降落过程中的精确控制。通过基于李雅普诺夫分析的方法证明了闭环系统的稳定性,以及观测器估计误差和控制器跟踪误差的有限时间收敛特性。飞行实验效果表明:本文提出的控制补偿策略取得了良好的无人机降落控制效果。

关键词：无人机降落控制非线性扰动观测器地面效应有限时间收敛

基于群集行为的分布式多无人机编队动态避障控制

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控制理论与应用 2022年第1期39卷 1-11页

作者：费思远鲜斌王岭天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津航海仪器研究所天津300451

针对无人机编队保持和动态障碍物规避控制问题,本文提出了一种新的基于群集行为的分布式多无人机编队控制和避障控制算法.首先考虑了由机间气流等因素带来的干扰,基于吸引/排斥势场和一致性方法,设计了分布式无人机编队的队形保持控制算... 详细信息

针对无人机编队保持和动态障碍物规避控制问题,本文提出了一种新的基于群集行为的分布式多无人机编队控制和避障控制算法.首先考虑了由机间气流等因素带来的干扰,基于吸引/排斥势场和一致性方法,设计了分布式无人机编队的队形保持控制算法,对编队内无人机之间的距离进行控制.进一步考虑外部移动障碍对无人机编队的影响,引入了排斥势场产生避障行为,从而控制无人机编队规避移动障碍物.然后,基于Lyapunov的稳定性分析方法,证明了多无人机编队闭环系统的稳定性和系统状态误差的最终有界性.最后在四旋翼无人机编队实验平台上进行了室内飞行实验验证.实验结果表明,本文提出的分布式群集编队避障控制算法可以有效控制无人机编队规避外部障碍物,且具有规避障碍后的队形重构能力.

关键词：群集行为多无人机编队分布式控制避障控制实验验证

基于事件驱动的无人机吊挂系统在线自适应轨迹规划

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控制理论与应用 2023年

作者：蔡佳明鲜斌天津大学电气自动化与信息工程学院

关键词：轨迹规划事件驱动无人机吊挂系统摆动抑制

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分布式无人机队列控制与动态障碍规避设计

控制与决策 2022年第9期37卷 2226-2234页

作者：鲜斌许鸣镝王岭天津大学电气自动化与信息工程学院天津300072 天津航海仪器研究所天津300451

研究分布式无人机集群巡航任务中的协同路径跟踪问题与动态避障控制问题.利用transverse feedback linearization(TFL)方法对无人机的动力学模型进行变换,通过解耦控制实现对期望巡航路径的跟踪.在期望路径方向上,设计基于一致性协议的... 详细信息

研究分布式无人机集群巡航任务中的协同路径跟踪问题与动态避障控制问题.利用transverse feedback linearization(TFL)方法对无人机的动力学模型进行变换,通过解耦控制实现对期望巡航路径的跟踪.在期望路径方向上,设计基于一致性协议的分布式无人机队列协同控制算法,并结合势场法设计协同巡航过程中对移动障碍物的规避控制策略.在队列达成一致性目标的同时,能够保障队列行进的安全性.基于Lyapunov分析方法和LaSalle不变原理证明闭环系统的稳定性,同时采用能量法证明队列中的无人机不会与动态障碍物发生碰撞.最后,基于搭建的无人机协同飞行实验平台,完成多架无人机的协同队列控制和移动障碍物规避实验,飞行实验结果验证了所设计协同控制算法与避障控制策略的有效性.

关键词：无人机队列一致性势场法避障分布式控制非线性控制

多无人机吊挂负载运输系统的非线性鲁棒控制设计

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吉林大学学报(工学版) 2022年

作者：鲜斌王光怡蔡佳明天津大学电气自动化与信息工程学院

多无人机吊挂负载运输是一种新型的空中运输方式。本文针对系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题，提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上，基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输... 详细信息

多无人机吊挂负载运输是一种新型的空中运输方式。本文针对系统中负载的位置跟踪和姿态控制问题，提出了一种新型非线性鲁棒控制策略。在存在未知外界扰动和考虑系统内部状态耦合的基础上，基于拉格朗日力学建立了多无人机吊挂负载运输系统的动力学模型。随后设计了一种基于误差符号函数积分（RISE）和几何控制方法的非线性鲁棒控制策略，用于补偿未知外界扰动的影响，实现了对负载位姿的精确控制。基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性和吊挂负载跟踪误差的渐近收敛。仿真结果表明，本文提出的控制策略可以实现良好的轨迹跟踪效果，并对外界干扰有较好的鲁棒性。

关键词：控制理论与控制工程多无人机吊挂负载几何控制非线性控制鲁棒控制

无人机集群分布式跟踪抗扰控制设计与实验验证

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吉林大学学报(工学版) 2023年

作者：鲜斌王印鑫王岭天津大学电气自动化与信息工程学院天津航海仪器研究所

本文研究了存在外界未知扰动下分布式无人机集群轨迹跟踪问题，设计了一种新的无人机集群非线性鲁棒轨迹跟踪策略。首先基于切向坐标系(Tangent Frame)构造了无人机编队模型，并设计了协同控制律。针对轨迹跟踪问题，设计了一种基于误... 详细信息

本文研究了存在外界未知扰动下分布式无人机集群轨迹跟踪问题，设计了一种新的无人机集群非线性鲁棒轨迹跟踪策略。首先基于切向坐标系(Tangent Frame)构造了无人机编队模型，并设计了协同控制律。针对轨迹跟踪问题，设计了一种基于误差符号函数积分(robust integral of the signum of error，RISE)的鲁棒控制算法，用于补偿未知外界扰动的影响，提高了无人机编队系统的鲁棒性。基于Lyapunov分析的方法，证明了无人机编队系统协同误差全局渐近收敛，以及位置跟踪误差半全局渐近收敛。最后在四旋翼无人机编队实验平台上进行了无风扰和有风扰条件下无人机集群轨迹跟踪实验，并与常规滑模控制算法进行了性能对比实验。实验结果表明，所设计的控制律可以实现多无人机的协同轨迹跟踪，且具有较好的抗外界干扰能力。

关键词：控制科学与工程无人机集群分布式跟踪控制协同控制抗扰控制实验验证