1 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213000
2 河海大学物联网学院, 江苏 常州 213000
针对存在阵风干扰及未建模特性下的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制, 基于非线性滑模控制技术, 结合条件积分思想及Lyapunov稳定性理论设计了一种位姿双环条件积分滑模控制器。在获得四旋翼非线性动力学模型后对其进行线性化, 简化被控对象数学模型, 提高控制器设计效率。利用条件积分滑模控制律设计了位置环和姿态环的轨迹跟踪控制器, 实现了控制系统的全局渐近稳定。通过仿真算例验证了所设计控制器的有效性, 结果表明: 与其他控制器相比, 所设计的控制器具有较高的控制精度、较强的抗干扰性及鲁棒性, 可有效抑制系统振动、消除静态误差,并实现四旋翼飞行器的高性能轨迹跟踪。
四旋翼飞行器 轨迹跟踪 条件积分滑模 位置环 姿态环 quadrotor aircraft trajectory tracking conditional integral sliding mode position loop attitude loop
1 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213001
2 安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室, 安徽 淮南 232002
3 江苏优埃唯智能科技有限公司, 江苏 常州 213001
面向空中作业时的大续航需求, 系留式无人机是将旋翼飞行器与地面系泊单元相结合所提出的新型飞行器。实际作业中, 系留缆绳的收放会引起无人机动力学性能变化, 进而影响其轨迹跟踪控制; 同时, 由系统未建模特性与阵风干扰组成的集总干扰也将影响轨迹跟踪控制效果。针对上述问题, 提出了一种基于扰动观测器的自适应滑模鲁棒控制算法。首先, 引入悬链线理论描述系留缆绳的拉力变化, 采用牛顿-欧拉方程建立整个系统的动力学模型。其次, 在Lyapunov定理的框架下, 利用扰动观测器来估计与补偿集总干扰, 设计自适应滑模控制律来保证系统跟踪误差收敛。最后, 通过仿真算例和试验分析, 验证了本文控制策略的有效性, 结果表明: 所提控制算法比终端滑模控制算法具有更高的轨迹跟踪精度, 能够帮助系留式无人机跟踪复杂轨迹。
系留式无人机 轨迹跟踪控制 扰动观测器 自适应滑模控制 集总干扰 tethered UAV trajectory tracking control disturbance observer adaptive sliding mode control lumped disturbances
1 江苏理工学院
2 商学院, 江苏 常州 213001
3 机械工程学院, 江苏 常州 213001
4 香港理工大学工业及系统工程学系, 香港 9077
旋翼飞行机器人是在多旋翼飞行器上加装机械臂的新型空中机器人系统。针对其与外界环境的交互作业, 提出了一种抗干扰任务空间目标物作业控制策略。首先, 在广义坐标系下推导出旋翼飞行机器人的运动学模型与动力学模型, 明确了系统的输入输出关系; 其次, 将整个系统分为位置、姿态和机械臂3个控制环, 并采用线性自抗扰控制算法设计了抗干扰控制器, 在控制算法中, 将线性扩张观测器和PD控制律分别用来估计与补偿集总干扰; 进而, 分析了所设计控制算法的稳定性以及对控制器参数进行了整定; 最后, 搭建了实验系统对目标物抓取作业控制进行了实验验证。实验结果表明, 所提控制算法抗干扰能力强、响应速度快, 能够有效保持旋翼飞行机器人作业时的位姿稳定。
旋翼飞行机器人 运动型模型 动力学模型 目标物作业控制 线性自抗扰控制算法 rotar-wing flight robort kinematical model dynamical modek object operation control linear active disturbance rejection control algori
四旋翼飞行器的飞行控制系统可对多输入多输出的非线性系统进行稳定控制。针对复杂集总干扰下四旋翼姿态与位置的稳定控制, 提出了一种基于静态H∞输出反馈控制算法。首先通过Euler-Lagrangian方程获得四旋翼的飞行动力学模型, 并将其转换成线性系统的状态空间形式；其次根据时间尺度原理依次构建四旋翼的姿态和位置控制回路, 并设计静态H∞输出反馈控制策略来实现两个控制回路的抗干扰控制, 同时利用布谷鸟算法的寻优优势来计算最优的输出反馈控制增益；最后通过两组仿真算例对所提控制算法的有效性进行了验证, 结果表明, 基于静态H∞输出反馈控制的四旋翼系统能够有效抑制集总干扰的影响, 实现各控制环状态变量的稳定控制。
四旋翼飞行器 飞行控制 静态H∞输出反馈控制 稳态控制 布谷鸟算法 quad-rotor aircraft flight control static H∞ output feedback control steady control cuckoo search algorithm
1 江苏理工学院机械工程学院, 江苏 常州 213001
2 香港理工大学工业及系统工程学系, 香港 999077
针对四旋翼飞行器提出了一种基于改进人工蜂群算法的三维航迹规划算法和基于线性自抗扰控制的轨迹跟踪控制策略, 以提高四旋翼飞行器在城市中的自主飞行能力。在实际应用中, 四旋翼的自主飞行必须考虑其飞行动力学特性。首先, 利用牛顿-欧拉法推导四旋翼的飞行动力学模型, 并建立障碍物模型与航迹代价模型; 然后, 引入人工蜂群算法来处理四旋翼的航迹规划, 并采用自适应策略、新的概率选择方式及立方混沌搜索算子来提高其性能; 最后, 根据时间尺度原理将四旋翼的动力学模型分为位置与姿态两个控制环, 并分别设计二阶线性自抗扰控制器来实现其轨迹跟踪。仿真结果表明,所提出的方法可为四旋翼规划出一条平滑可飞的航迹, 并且能够有效抑制外界扰动, 实现各控制环状态变量的稳定控制。
四旋翼飞行器 线性自抗扰控制 航迹规划 人工蜂群算法 飞行动力学 quadrotor linear active disturbance rejection control path planning artifical bee clony algorithm flight dynamics
1 江苏信息职业技术学院，江苏 无锡 214153
2 南京航空航天大学，南京 210016
针对无线传感器网络节点分布优化问题，提出了一种有效的混沌萤火虫优化算法。在保证节点相互连通的前提下，建立了无线传感器网络对目标区域覆盖的数学模型，并将节点分布优化问题转换为求解函数最大值问题；利用萤火虫算法优越的寻优能力来实现最优的网络节点分布，并引入立方映射混沌算子来提高算法的局部搜索能力和保持种群的多样性。通过标准函数测试与无线网络覆盖优化仿真对所提算法进行了验证，结果表明: 与其他算法相比，所提算法能够较好地跳出局部最优的束缚，具有优化效果佳、稳定性好、鲁棒性强的优点，能够满足无线传感器网络节点分布优化的要求。
无线传感器网络 节点分布 萤火虫算法 混沌算子 wireless sensor network node deployment glowworm swarm optimization chaotic operator
1 南京航空航天大学，南京 210016
2 苏州工业职业技术学院，江苏 苏州 215104
针对无人机飞行任务规划系统中的航迹规划问题，提出了一种改进的人工蜂群算法，将其应用于无人机的航迹规划。该算法将航迹规划问题转换成函数优化问题，以蜂群为搜索单位，通过群体之间的信息交流与优胜劣汰机制，使蜂群向更优方向进化。在雇佣蜂搜索阶段采用自适应搜索策略来加快算法收敛速度；在跟随蜂搜索阶段引入一种新的概率选择方式来保证种群的多样性；在侦察蜂搜索阶段利用混沌搜索算子提高算法的全局搜索能力。通过标准函数测试与航迹规划仿真对改进后的算法进行验证，结果表明，改进后的算法提高了全局收敛能力，在收敛速度和精度上优于传统的人工蜂群算法，可有效解决无人机的航迹规划问题。
无人机 航迹规划 人工蜂群算法 改进算子 自适应搜索 UAV path planning artificial bee colony algorithm improved operator adaptive search
本文报道用激光辐照软磁材料DQ151硅钢片的实验结果.
激光辐照 穆斯堡尔效应
