检索结果-内蒙古大学图书馆

兵工学报 2022年第12期43卷 3048-3061页

作者：王思卓范世鹏林德福刘经纬北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学中国-阿联酋智能无人系统“一带一路”联合实验室北京100081

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计... 详细信息

针对末制导阶段导弹以期望的终端落角攻击高机动目标的需求,将Super-twisting算法与自适应滑模扰动观测器相结合,提出一种满足终端落角约束的二阶滑模制导律。目标机动带来的干扰导致系统扰动的上界未知,将目标加速度视为系统扰动,设计自适应滑模扰动观测器对系统扰动进行在线估计,通过对观测器增益进行自适应调整,克服传统观测器选取增益时依赖扰动上界的缺陷。设计改进的Super-twisting算法作为制导律的趋近律,在降低抖振的同时使制导律可充分利用导弹的过载能力,从而提升系统的收敛速度,解决传统Super-twisting算法中系统状态远离平衡点时收敛速度慢的问题。基于李雅普诺夫稳定性理论,证明该制导系统能在有限时间内收敛。数学仿真结果表明:自适应滑模扰动观测器和所设计制导律有效,自适应滑模扰动观测器能够准确跟踪系统扰动,所设计的制导律能够满足期望的终端落角约束,且具有较高的命中精度,脱靶量小于0.2 m。

关键词：末制导自适应滑模扰动观测器 Super-twisting算法抖振问题李雅普诺夫稳定

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欠驱动无人水面艇轨迹跟踪控制研究

欠驱动无人水面艇轨迹跟踪控制研究

引用

作者：杨宇大连海事大学

学位级别：硕士

近年来,随着人工智能、控制理论和计算机技术的高速发展,无人水面艇作为具有高度自主性的海上智能装备平台,在海洋探索、环境监测、国防安全等多个领域都发挥重要的作用,其核心的自主控制技术也在不断演进。轨迹跟踪控制作为无人水面艇... 详细信息

近年来,随着人工智能、控制理论和计算机技术的高速发展,无人水面艇作为具有高度自主性的海上智能装备平台,在海洋探索、环境监测、国防安全等多个领域都发挥重要的作用,其核心的自主控制技术也在不断演进。轨迹跟踪控制作为无人水面艇运动控制的一个重要组成部分,是自主能力和智能化水平的重要体现。欠驱动无人水面艇的航行环境复杂,并且具有明显的非线性,因此设计一类收敛速度快、鲁棒性强的轨迹跟踪控制器对于无人水面艇自主航行具有重要意义。首先,为了解决具有未知外界时变扰动的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,通过采用制导律,设计了一种基于非线性扰动观测器的自适应快速非奇异终端滑模轨迹跟踪控制律。考虑到外界扰动对无人水面艇航行的影响,设计了非线性扰动观测器进行估计并在控制律中进行补偿,此外,非线性扰动观测器可以有效地降低滑模控制器的震颤问题。设计自适应律补偿观测器误差,从而保证了系统稳定性。然后引入有限时间微分器获得期望信号的导数,简化了控制律的设计。仿真实验的结果表明了所设计的控制器具有更快的收敛速度。其次,为了处理具有未知外界时变扰动和执行器故障的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,通过结合有限时间收敛的制导律、自适应滑模扰动观测器和有限时间微分器设计了连续非奇异终端滑模轨迹跟踪控制律。所设计的自适应滑模扰动观测器可以在有限时间内估计出包含外界扰动和执行器故障的集总扰动,然后在控制律中进行补偿。另外,为了避免震颤现象,设计了连续非奇异终端滑模控制律。同样,引入有限时间微分器获得期望信号的导数,简化了控制律的设计。仿真结果验证了所设计的控制方法具有强鲁棒性。最后,为了解决具有外界时变扰动、执行器故障、速度和模型参数未知的欠驱动无人水面艇的轨迹跟踪控制问题,通过设计固定时间收敛的制导律,设计了基于固定时间扩张状态观测器的固定时间控制律。通过固定时间扩张状态观测器估计速度以及集总扰动,然后在控制律中对集总扰动进行补偿。另外,采用饱和函数来克服控制律的奇异值问题,从而使轨迹跟踪的误差信号在固定时间内收敛到零。同时引入固定时间微分器简化了控制律。仿真结果表明所设计的控制方法的有效性。

关键词：欠驱动无人水面艇轨迹跟踪自适应滑模扰动观测器固定时间扩张状态观测器

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考虑执行器失效故障下的多无人艇协同控制研究

考虑执行器失效故障下的多无人艇协同控制研究

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作者：沈心乐大连海事大学

学位级别：硕士

海洋工程科学的蓬勃发展促进了军品和民品等多领域单艇控制系统的相互融合,并逐步形成了快速高效发展的新局面。无人艇作为海洋建设中不可或缺的载体,其应用范围正在不断扩大。而多无人艇的协同作业不仅能够提高作业任务的执行效率,且... 详细信息

海洋工程科学的蓬勃发展促进了军品和民品等多领域单艇控制系统的相互融合,并逐步形成了快速高效发展的新局面。无人艇作为海洋建设中不可或缺的载体,其应用范围正在不断扩大。而多无人艇的协同作业不仅能够提高作业任务的执行效率,且对未知动态环境有较高的适应性,并能够从多方面弥补单艇作业的缺陷。但在实际工况中,无人艇编队系统自身的复杂性与未知海域环境干扰都会导致编队系统发生故障。考虑上述背景,本文开展了以下研究: 第一,研究了执行器部分失效故障下的多无人艇编队控制问题。首先,考虑外界未知海浪干扰与执行器部分失效故障对多无人艇系统产生的不良效应,通过采用自适应滑模扰动观测器估计未知执行器故障与未知海浪干扰组成的扰动。其次,基于虚拟领航-跟随编队策略设计制导律,并结合反步控制方法,构造多无人艇编队控制律。随后,为简化控制律的设计与微分爆炸的现象,采用有限时间微分器获取期望速度的导数信息。最后,仿真验证该算法在执行器部分失效故障下的有效性。第二,研究了执行器部分及完全失效故障下的多无人艇分布式编队控制问题。首先,针对外界未知海浪干扰、执行器部分失效故障及速度信息不可测对多无人艇系统安全性的严重影响,设计分布式扩张状态观测器同时重构未知速度信息与系统的集总扰动。其次,考虑部分艇执行器完全失效的情况,结合辅助变量法与人工势能函数,设计了分布式避碰制导律,实现了编队队形的同时,也避免了无人艇集群之间以及与故障艇发生碰撞。随后,为避免执行器饱和所带来的物理限制,引入辅助动态系统,设计了编队控制律。最后,仿真验证该算法在执行器部分及完全失效下的控制性能。第三,研究了执行器部分及完全失效故障下的多无人艇有限时间编队包含控制问题。为缩短系统的收敛时间,提高系统的动态性能,结合有限时间理论设计了有限时间分布式扩张状态观测器,同时对编队层和包含层的未知速度信息与系统的集总扰动进行重构。此外,为提升任务执行的效率,构建有限时间分布式避碰制导律与有限时间动力学控制律,确保在有限时间内编队层无人艇形成期望的队形,包含层无人艇进入到领导层形成的凸包区域。随后,引入有限时间辅助动态系统,处理执行器输入饱和的问题。最后,仿真验证所提出的控制算法的可靠性。

关键词：多无人艇编队包含控制执行器失效故障自适应滑模扰动观测器分布式扩张状态观测器有限时间控制

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