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基于浸入与不变流形估计器的滑模制导律研究

空天防御 2021年第1期4卷 91-96页

作者：吴光辉方东洋陈意芬李瑞邵翔上海机电工程研究所上海201109

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... 详细信息

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。

关键词：防空导弹浸入与不变流形反步法滑模制导律目标机动

基于I&I与Hamiltonian理论的机器人速度观测器设计

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自动化学报 2012年第11期38卷 1757-1764页

作者：杨波李惠光沙晓鹏邵暖燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

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As... 详细信息

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.

关键词：观测器浸入与不变流形 Hamiltonian 机器人

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倾转四旋翼无人机固定时间位姿一体化控制

应用科学学报 2022年第6期40卷 1034-1046页

作者：熊航李波秦轲巩文全上海海事大学物流科学与工程研究院上海201306

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。... 详细信息

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。

关键词：倾转四旋翼无人机对偶四元数位姿一体化控制非奇异终端滑模浸入与不变流形

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无速度反馈的航天器姿轨耦合跟踪控制

航空学报 2018年第S1期39卷 75-85页

作者：党庆庆桂海潮徐明徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

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... 详细信息

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。

关键词：对偶数速度观测器浸入与不变流形增益注入位姿跟踪

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基于自适应的月球着陆器悬停避障方法

空间控制技术与应用 2017年第6期43卷 25-31页

作者：胡锦昌张洪华李毛毛北京控制工程研究所北京100190 空间智能控制技术重点实验室北京100190

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... 详细信息

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.

关键词：月球着陆悬停避障质量和推力不确定性浸入与不变流形

一类基于I＆I的全状态约束下的机器人控制器设计

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一类基于I＆I的全状态约束下的机器人控制器设计

作者：郝俊洁山西大学

学位级别：硕士

在过去的几十年中,有越来越多的学者关注机器人系统的控制问题。现如今机器人被运用在各个领域,但由于其位置和速度容易被外界干扰,使得所获取的信息不准确。信息获取的不准确将导致机器人的行动受到限制。并且,在实际操作中由于外界环... 详细信息

在过去的几十年中,有越来越多的学者关注机器人系统的控制问题。现如今机器人被运用在各个领域,但由于其位置和速度容易被外界干扰,使得所获取的信息不准确。信息获取的不准确将导致机器人的行动受到限制。并且,在实际操作中由于外界环境和本身物理局限性的影响,其状态会受到一定约束。现阶段,对于无约束状态系统的控制问题已经有了许多解决方案。然而对于带有约束的机器人系统控制问题只有较少的关注和研究。本文提出了基于浸入与不变流形（I＆I）工具来解决带有全状态约束的机器人系统控制器设计问题。浸入与不变流形方法是通过选取合适的映射将控制目标渲染到流形面内,使得目标系统的像在该流形面内的轨迹有界,从而获得稳定性能。本文中,由于系统状态受到约束,就需要通过约束条件来寻找流形面,并通过浸入与不变流形来估计未知变量,使得机器人系统在约束条件下达到稳定状态。有时流形面的寻找比较困难,我们可以考虑从目标系统出发,因为其基本原理是实现将高阶原始系统浸入到低阶目标系统。成立的条件是目标系统是稳定可控的。所以说,选取可控稳定且满足约束条件的目标函数是必需的。然而,在研究I＆I方法控制机器人的同时发现,并不是所有机器人系统都可以直接通过寻找目标函数来进行控制设计的。所以在本文的第三部分引入了障碍型Lyapunov（BLF）函数,它是最近兴起的解决带有约束问题的方法。它是基于原先的障碍型函数建立的。BLF的存在可以直接在设计函数时解决机器人系统的全约束状态,从而设计控制器是系统稳定。但在设计过程中,由于机器人系统部分状态是不可测的,所以在运用该方法的同时需要结合I＆I方法,来估计其中不可测的部分,从而完成控制器设计。

关键词：全状态约束机器人系统浸入与不变流形障碍型Lyapunov函数