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基于串级LADRC设计的旋翼无人机航迹跟踪控制

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系统工程与电子技术 2019年第6期41卷 1358-1365页

作者：王彪唐超颖姚振楠南京航空航天大学自动化学院江苏南京211106

针对复杂环境下,四旋翼无人机航迹跟踪精度易受风扰的影响,设计了串级线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)双回路控制系统。外环为位置回路,针对风扰采用3阶LADRC设计;内环为姿态回路,针对执行机构的动... 详细信息

针对复杂环境下,四旋翼无人机航迹跟踪精度易受风扰的影响,设计了串级线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)双回路控制系统。外环为位置回路,针对风扰采用3阶LADRC设计;内环为姿态回路,针对执行机构的动态特性,采用4阶LADRC设计。仿真对比串级LADRC和串级PID两种控制方法,结果表明,两种方法虽然都实现了四旋翼无人机航迹跟踪控制,但是在各种复杂风场扰动、内扰作用的情况下,串级LADRC能够克服复杂扰动的影响,精度更高、抗扰性更好、鲁棒性更强,且待整定参数不多,十分符合工程实际的需求。

关键词：航迹跟踪串级控制线性自抗扰控制风扰

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自适应引导长度的无人机航迹跟踪方法

北京航空航天大学学报 2017年第7期43卷 1481-1490页

作者：李樾陈清阳侯中喜国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073 海军航空工程学院飞行器工程系烟台264001

为保证无人机安全稳定的飞行,实现高精度的航迹跟踪,基于引导点的非线性制导算法,提出了一种引导长度自适应的航迹跟踪方法。首先建立无人机运动学模型,依此对非线性的制导算法进行理论分析与试验验证,建立无人机飞行速度与引导长度之... 详细信息

为保证无人机安全稳定的飞行,实现高精度的航迹跟踪,基于引导点的非线性制导算法,提出了一种引导长度自适应的航迹跟踪方法。首先建立无人机运动学模型,依此对非线性的制导算法进行理论分析与试验验证,建立无人机飞行速度与引导长度之间的关系。之后引出引导长度自适应的航迹跟踪方法,详细讨论方法的具体实现过程。最后通过各种情况下的仿真对比试验,验证所提出方法的有效性。仿真结果表明,所提出的方法能较精确地跟踪各种复杂航迹,同时在较大的初始偏差和航路点临时切换的情况下能稳定、快速地收敛到期望航迹,更好地满足各种实际飞行任务的需求。

关键词：航迹跟踪无人机非线性制导方法引导长度自适应高精度

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风场环境下的巡飞弹航迹跟踪运动补偿算法

兵工学报 2016年第12期37卷 2377-2384页

作者：李增彦李小民刘秋生军械工程学院无人机工程系河北石家庄050003 军械工程学院弹药工程系河北石家庄050003

针对巡飞弹航迹跟踪过程受风速、风向影响的问题,在风场环境下,通过建立运动模型,研究并提出了基于变增益虚拟参考点和系统外回路动态补偿的非线性制导律算法。根据制导律参数中固定距离限制的问题,设计了变增益虚拟参考点并分析了航迹... 详细信息

针对巡飞弹航迹跟踪过程受风速、风向影响的问题,在风场环境下,通过建立运动模型,研究并提出了基于变增益虚拟参考点和系统外回路动态补偿的非线性制导律算法。根据制导律参数中固定距离限制的问题,设计了变增益虚拟参考点并分析了航迹跟踪的稳定性条件,针对系统外回路滞后特性设计了动态反馈补偿因子,同时给出了参数计算方法及运动约束条件。通过数学仿真方法分别对无风及有风条件下的制导律进行验证,考虑到实际飞行试验困难的问题,基于vc++搭建了半实物实时仿真平台,通过硬件在回路仿真,验证了航迹跟踪性能。结果表明:改进制导律可有效克服风干扰、具有较高的跟踪精度且易于工程实现。

关键词：兵器科学与技术巡飞弹航迹跟踪非线性制导律运动补偿半实物仿真

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欠驱动无人艇自适应滑模航迹跟踪控制

国防科技大学学报 2018年第3期40卷 127-134页

作者：陈霄周德超刘忠张建强王潋海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430000

为便于航迹跟踪控制器设计和分析,引入坐标变换,建立典型的欠驱动无人艇数学模型;建立以航迹上自由点为原点的Serret-Frenet坐标系,实现对航迹跟踪误差变量的描述;通过将航迹参数的更新律作为一附加控制输入,实现了无人艇航迹跟踪控制... 详细信息

为便于航迹跟踪控制器设计和分析,引入坐标变换,建立典型的欠驱动无人艇数学模型;建立以航迹上自由点为原点的Serret-Frenet坐标系,实现对航迹跟踪误差变量的描述;通过将航迹参数的更新律作为一附加控制输入,实现了无人艇航迹跟踪控制系统由欠驱动向全驱动控制的转变,并利用改进视线导引算法实现了对无人艇位置的跟踪控制;考虑海流等外界扰动的影响,采用滑模自适应技术分别设计了无人艇航向和航速控制算法,实现了对航向角、纵向速度跟踪误差的镇定;基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了航迹跟踪控制系统的一致半全局指数和一致全局渐进稳定性。仿真结果表明:所提出的控制算法可在一定程度上处理海流等外界扰动,跟踪效果良好,并且克服了角速度持续激励问题,能够同时实现对直线和曲线航迹的跟踪。

关键词：无人艇航迹跟踪滑模自适应级联系统稳定性分析

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无人机鲁棒轨迹线性化控制航迹跟踪设计

系统工程与电子技术 2012年第4期34卷 767-772页

作者：李雪松李颖晖李霞彭建亮李朝旭空军工程大学工程学院中国人民解放军94370部队中国人民解放军95588部队

研究一种鲁棒轨迹线性化控制方法并将其应用于无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)航迹跟踪控制设计。通过理论分析指明传统轨迹线性化控制方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,采用改进隐层自适应神经网络对不确定性进行补偿... 详细信息

研究一种鲁棒轨迹线性化控制方法并将其应用于无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)航迹跟踪控制设计。通过理论分析指明传统轨迹线性化控制方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,采用改进隐层自适应神经网络对不确定性进行补偿,并利用Lyapunov理论证明了跟踪误差的有界性,最后将该方法应用到无人机三维航迹跟踪控制中。仿真结果表明,当参数摄动在20%时,该控制方法仍能使UAV很好地跟踪理想航迹,从而验证了该方法的有效性。

关键词：无人机航迹跟踪鲁棒轨迹线性化控制自适应神经网络

基于干扰观测的欠驱动无人艇自适应航迹跟踪控制算法

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系统工程与电子技术 2019年第7期41卷 1606-1616页

作者：董蛟刘忠张建强陈霄周德超海军工程大学兵器工程学院湖北武汉430000 军事科学院战争研究院北京100850

研究了欠驱动无人艇在外界干扰条件下的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于干扰估计与补偿的航迹跟踪控制算法,实现了风浪流干扰环境下航迹的精确跟踪。算法引入纵向误差作为状态变量对扩张干扰观测器进行设计,实时估计干扰的稳态分量,相... 详细信息

研究了欠驱动无人艇在外界干扰条件下的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于干扰估计与补偿的航迹跟踪控制算法,实现了风浪流干扰环境下航迹的精确跟踪。算法引入纵向误差作为状态变量对扩张干扰观测器进行设计,实时估计干扰的稳态分量,相比于传统的基于输出反馈干扰估计算法,其灵活性、可控性更高;同时基于纵向跟踪误差的状态估计误差,设计扩张干扰观测器变增益因子,相比于基于常增益观测器的航迹跟踪算法其能够在实现干扰补偿的前提下,有效减小航迹跟踪收敛段的震荡。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了级联控制系统与干扰观测系统在平衡点的半全局指数稳定性,通过仿真对比实验及分析证明了所提航迹跟踪算法的有效性和先进性。

关键词：欠驱动无人艇变增益扩张干扰观测器变前视距离积分视线导引航迹跟踪

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民用无人机姿态稳定与航迹跟踪控制策略研究

西北工业大学学报 2018年第2期36卷 382-387页

作者：冯军红俆开俊林娜中国民航飞行学院飞行技术学院四川广汉618307

针对民用无人机功能载荷多变及复杂环境下姿态振荡和航迹跟踪误差,采用区间系统控制理论和动态跟踪误差最小化原理,设计了一种民用无人机内外环分层控制策略,可分别实现内环姿态稳定和外环航向跟踪功能,进而解决现有无人机大范围模型变... 详细信息

针对民用无人机功能载荷多变及复杂环境下姿态振荡和航迹跟踪误差,采用区间系统控制理论和动态跟踪误差最小化原理,设计了一种民用无人机内外环分层控制策略,可分别实现内环姿态稳定和外环航向跟踪功能,进而解决现有无人机大范围模型变化的控制效果恶化和航迹误差缺陷。仿真结果表明,所采用的分层组合控制策略可以保证无人机飞行过程的状态稳定和有效的航迹跟踪精度,具有较高的闭环鲁棒性,有助于开发高效且自动化的民用无人机系统飞行控制策略。

关键词：民用无人机飞行姿态区间系统稳定控制航迹跟踪

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欠驱动水下机器人航迹跟踪控制

电机与控制学报 2013年第2期17卷 103-111页

作者：万磊崔士鹏张国成曹建哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对欠驱动水下机器人强非线性、模型不确定及存在外界未知干扰等特点,提出自适应模糊反演滑模控制系统,解决其水平面航迹跟踪问题。首先,采用模糊逻辑系统逼近模型未知函数,将反演思想与滑模控制技术相结合,设计反演滑模控制器;然后对... 详细信息

针对欠驱动水下机器人强非线性、模型不确定及存在外界未知干扰等特点,提出自适应模糊反演滑模控制系统,解决其水平面航迹跟踪问题。首先,采用模糊逻辑系统逼近模型未知函数,将反演思想与滑模控制技术相结合,设计反演滑模控制器;然后对水下机器人纵向速度进行控制,将航向角作为航迹跟踪误差的虚拟输入,设计航向角的镇定函数和航迹参数的变化率,实现水下机器人的航迹跟踪;最后使用李亚普诺夫稳定性定理,证明控制系统的稳定性。仿真实验表明,设计的控制系统能有效地处理水下机器人模型不确定性和外界干扰,控制性能良好,具有极强的鲁棒性,且避免了执行机构的抖振现象。

关键词：欠驱动水下机器人自适应模糊反演滑模控制航迹跟踪鲁棒性抖振现象

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海洋环境下欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法

哈尔滨工业大学学报 2018年第10期50卷 110-117页

作者：陈霄刘忠罗亚松王潋董蛟中国人民解放军海军工程大学兵器工程学院武汉430000

为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,... 详细信息

为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,并基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,航迹跟踪控制系统为一致全局渐近稳定的.与传统的视线导引算法相比,改进的导引算法通过引入自适应观测器能够实现对漂角的实时估计和补偿,同时时变前视距离的设计使得无人艇的操纵更加灵活.以"海鲟03号"无人艇操纵运动模型和辨识得到的参数为基础,在MATLAB/SIMULINK软件上进行了航迹跟踪对比仿真实验,仿真结果表明:相比传统LOS导引策略下的航迹跟踪算法,控制算法动态性能更高且稳态误差较小,验证了算法的有效性和先进性;利用"海鲟03号"无人艇对所提出的控制算法进行了海上试验,结果表明在航迹跟踪控制算法的作用下,无人艇能较为准确地跟踪预先设定的期望航迹,且在整个航迹跟踪过程中,航迹误差相对较小,验证了该算法在实际工程应用中的正确性和有效性.

关键词：欠驱动控制无人艇视线导引航迹跟踪稳定性分析