检索结果-内蒙古大学图书馆

控制理论与应用 2021年第7期38卷 1033-1042页

作者：张特李世尧朱波电子科技大学航空航天学院四川成都611731 中山大学航空航天学院广东广州510275

本文研究了多运动体系统中领航者(leader)和跟随者(follower)同时受扰条件下的跟踪控制问题.针对3–DOF直升机模型的角度轨迹协同跟踪任务,设计并验证了基于跟随者不确定因素和外部领航者干扰同时补偿的分布式鲁棒算法.分别通过不确定... 详细信息

本文研究了多运动体系统中领航者(leader)和跟随者(follower)同时受扰条件下的跟踪控制问题.针对3–DOF直升机模型的角度轨迹协同跟踪任务,设计并验证了基于跟随者不确定因素和外部领航者干扰同时补偿的分布式鲁棒算法.分别通过不确定与干扰估计器和扩张状态观测器实现对内外扰动的估计与补偿,恢复了标称系统的跟踪性能.证明了闭环估计误差和跟踪误差的最终界大小与估计器核心参数值的单调关系,同时给出了系统实现渐近跟踪的条件.利用数字仿真实验和"虚实结合"实验验证了内外干扰同时补偿的必要性和参数调节机制的有效性.

关键词：分布式控制不确定与干扰估计器扩张状态观测器跟踪控制同时补偿

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异构多运动体协同控制算法研究

异构多运动体协同控制算法研究

引用

作者：张龙腾电子科技大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展,异构多体协同控制逐渐引起人们关注。诸如无人机集群编队、智能机器人编队、固定翼与直升机混合编队巡等均为协同控制的范畴。在军事运用中固定翼具有速度快的优点,直升机具有灵活机动的优势,但考虑到经济实际与实... 详细信息

随着科学技术的发展,异构多体协同控制逐渐引起人们关注。诸如无人机集群编队、智能机器人编队、固定翼与直升机混合编队巡等均为协同控制的范畴。在军事运用中固定翼具有速度快的优点,直升机具有灵活机动的优势,但考虑到经济实际与实验条件,固定翼与直升机协同编队控制难以进行实验验证。对此,本文研究三自由度直升机与四旋翼实验平台这两种异构运动体的协同控制与实验验证问题。其中,三自由度直升机的设计原型是美国波音CH-47“支奴干”运输直升机,而四旋翼实验平台可模拟固定翼的姿态环。首先,对具有强耦合、欠驱动特性的三自由度直升机,采取反步控制策略设计控制器,通过区分位置环与速度环将系统分解为内外环控制器,该方法具有模块化、可拆分、可替换的优势。并进行了多通道同时机动实验,分析了升降通道与偏航通道对慢变信号、快变信号、阶跃信号的跟踪能力,验证了控制器的有效性与鲁棒性。其次,在四旋翼平台的鲁棒控制器设计中重点考虑冗余系统的驱动分配问题、电机死区导致的非线性系统控制问题以及在无速度测量与外部干扰下轨迹跟踪问题。本文采取伪逆矩阵方法解决了驱动分配问题,并通过滤波微分器解决了无速度测量问题,设计了不确定干扰估计器对电机死区与外部干扰进行补偿。实验结果表明加入不确定干扰估计器后,电机死区部分影响与外部干扰可以被有效抑制,系统的稳态性能得到提高,可实现对期望姿态的精准跟踪。以上设计的三自由度直升机与四旋翼实验平台的单机控制器是进一步设计并实现异构协同控制器的基础。然后,采用领导者-跟随者(leader-flower)集群编队构型,通过解算相应的应力矩阵(stress matrix),设计了集群控制算法,实现了仿射集群编队,解决了协同控制中队形保持问题。另外,对于复杂环境下集群避障问题,根据仿射理论、人工势场法,设计相应的航迹,在只有领导者可获得环境信息的条件下,实现了集群整体避障。最后,在三自由度直升机与四旋翼平台上,对上述单机控制及多机异构协同控制进行了实验验证,结果表明本文提出的控制算法的有效性及鲁棒性。

关键词：异构仿射协同控制欠驱动系统过驱动系统不确定与干扰估计器电机死区

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三自由度欠驱动机械臂的轨迹规划与鲁棒控制

三自由度欠驱动机械臂的轨迹规划与鲁棒控制

引用

作者：陈敬阳电子科技大学

学位级别：硕士

广义坐标维数多于控制输入维数的系统被称作欠驱动系统。欠驱动机械臂具有工作效率高,灵活性强,重量轻,能在极端环境作业等优点,广泛应用于工业、医学、军事等领域。针对欠驱动机械臂的轨迹规划和鲁棒控制技术研究是机器人、人工智能、... 详细信息

广义坐标维数多于控制输入维数的系统被称作欠驱动系统。欠驱动机械臂具有工作效率高,灵活性强,重量轻,能在极端环境作业等优点,广泛应用于工业、医学、军事等领域。针对欠驱动机械臂的轨迹规划和鲁棒控制技术研究是机器人、人工智能、控制理论与技术等研究领域的热点之一,既能提供安全有效的机械臂末端控制方案,也能促进非线性非完整系统控制理论与技术的发展与完善。由于欠驱动系统状态之间相互耦合或伴随非完整约束,对其规划运动轨迹和设计控制算法都是具有挑战性的任务。本文的研究对象为三自由度直升机系统,若把其两个驱动系统的中心位置看成机械臂末端的被控位置,则该系统是一个典型的欠驱动二阶非完整系统,该系统非常适用于先进控制理论与技术的教学和实验验证。本文首先建立了三自由度直升机的多刚体动力学模型,然后简化多刚体模型表达式,分别对偏航、升降、俯仰三个通道进行了参数拟合。搭建仿真和实验环境,进行系统的响应对比。结果表明:辨识得到的模型能准确地描述三自由度直升机平台的动力学特性,相比于原始的系统模型,辨识的模型精确度有很大提升;但相对于实际平台的响应,辨识模型的响应在瞬态和稳态精度方面依然存在一定的偏差。然后针对该二阶非完整系统,采用虚拟完整约束(VHC)方法,构造原广义坐标之间的虚拟约束关系,将辨识模型降阶,得到虚拟受限系统。存在反馈控制律使得约束关系沿着该闭环系统的解不变。根据期望的直升机运动定义了三种完整约束关系,离线规划了直升机的三种典型轨迹,作为跟踪控制的参考信号。基于辨识的模型和轨迹规划模块输出的参考轨迹,设计了末端轨迹鲁棒高精度跟踪控制器。先将系统反馈线性化,然后采用内外环控制结构,根据期望的误差轨迹模型,确定控制器参数;结合不确定与干扰估计器(UDE)设计了一种新的鲁棒控制器,以补偿未准确建模和辨识的因素对系统控制精度的影响。证明了闭环系统的稳定性,分析了影响系统跟踪误差值的关键因素。对轨迹规划方案和鲁棒轨迹跟踪控制方案进行了数值仿真验证和实验验证。首先,在Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了鲁棒控制律的有效性和对干扰的抑制能力。并通过仿真对比设计参考信号的不同方式,说明了非完整系统轨迹规划环节的必要性和离线规划结合在线规划方法的优点。最后在固高三自由度直升机平台上运行了设计的方案,进行了系统的闭环实验和结果对比。实验结果表明:对规划的三种不同轨迹,被控系统跟踪误差都有界;采用不确定与干扰估计器有利于减小稳态误差,验证了鲁棒控制律的有效性;进一步验证了辨识模型的可靠性和适用性,基于辨识模型规划的轨迹是安全可行的。

关键词：欠驱动系统三自由度直升机轨迹规划虚拟完整约束不确定与干扰估计器

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