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四旋翼无人机的自适应容错控制 预览
1
作者 王君 尹雄东 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2019年第1期32-38,共7页
针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障和传感器偏差问题,为了可靠,安全、稳定的飞行,采用自适应容错控制策略.当无人机飞行时,利用二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态、检测执行器故障和传感器偏差,当执行器故障检测和诊断出来后,将故... 针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障和传感器偏差问题,为了可靠,安全、稳定的飞行,采用自适应容错控制策略.当无人机飞行时,利用二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态、检测执行器故障和传感器偏差,当执行器故障检测和诊断出来后,将故障因子视为自适应因子,用来调节自适应容错控制器的参数,使故障影响变小,同时估计传感器的偏差,如有偏差,则将偏差部分补偿给输出信号.在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障和传感器偏差时,采用自适应容错控制策略,输出信号能够快速跟踪参考输入信号,实现了对四旋翼无人机的容错控制. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 线性二次最优控制器 二阶卡尔曼滤波器 增广状态 自适应控制
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四旋翼无人机自抗扰飞行控制器研究 预览
2
作者 朱家远 杨忠 +2 位作者 许昌亮 徐浩 李劲松 《应用科技》 CAS 2019年第1期29-35,42共8页
为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰... 为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰动估计。最终得到四旋翼无人机双闭环自抗扰飞行控制器,实现对其位置和姿态的闭环控制。仿真实验结果表明,所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和鲁棒性能,可以实现对四旋翼无人机的飞行控制。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 自抗扰控制 虚拟控制量 X模式 位置控制器 姿态控制器 双闭环控制 解耦控制
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基于动态面内模法的四旋翼输出调节器设计 预览
3
作者 杜梅 高强 吉月辉 《计算机仿真》 北大核心 2019年第1期34-38,50共6页
针对四旋翼飞行器姿态控制中的姿态稳定、姿态跟踪和抑制外部干扰等一系列问题,设计了一种动态面内模输出调节器。在反步设计中引入了动态面控制方法,由于动态面控制法中采用的低通滤波器允许对象数学模型不可微,因此避免了"计算膨... 针对四旋翼飞行器姿态控制中的姿态稳定、姿态跟踪和抑制外部干扰等一系列问题,设计了一种动态面内模输出调节器。在反步设计中引入了动态面控制方法,由于动态面控制法中采用的低通滤波器允许对象数学模型不可微,因此避免了"计算膨胀"。利用内模方法解决系统的渐近跟踪和干扰抑制问题,构造内模时,考虑到不确定性的影响,提出具有误差的内模方程。实验结果表明,所提出的控制方法能够有效实现对四旋翼的姿态跟踪控制,并且可以达到渐近的干扰抑制。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 动态面控制 内模 输出调节
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四旋翼无人机的姿态解算及实现 预览
4
作者 杨勇 张广有 李加杰 《电子测试》 2019年第9期57-59,共3页
本文用现代控制理论中的状态空间模型去描述四旋翼无人机的输入、输入模型,给Matlab下的Simulink模型提供了参照。紧接着介绍了四元数和姿态解算,给出了四元数怎么进行姿态解算,还给出了硬件的组机方案,最后我们在地面站软件上完成基本... 本文用现代控制理论中的状态空间模型去描述四旋翼无人机的输入、输入模型,给Matlab下的Simulink模型提供了参照。紧接着介绍了四元数和姿态解算,给出了四元数怎么进行姿态解算,还给出了硬件的组机方案,最后我们在地面站软件上完成基本的参数调试后,绕着操场进行了试飞,实现了良好的姿态控制、轨迹控制能力,达到了预期的要求。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 飞行原理 状态空间 四元数及姿态解算
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基于故障程度的四旋翼无人机容错控制 预览
5
作者 王君 尹雄东 +1 位作者 李炜 《测控技术》 2019年第6期100-104,共5页
针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障,采用一组线性二次最优控制器,并且设计了可变因子二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态和检测故障。当故障被检测和诊断出来时,通过可变因子二阶卡尔曼滤波器调节,同时切换到相应的线性二次最优控制... 针对四旋翼无人机执行机构部分失效故障,采用一组线性二次最优控制器,并且设计了可变因子二阶卡尔曼滤波器在线快速估计状态和检测故障。当故障被检测和诊断出来时,通过可变因子二阶卡尔曼滤波器调节,同时切换到相应的线性二次最优控制器使故障影响变小。最后,在Matlab实验平台上对所提方法的可行性和有效性进行仿真验证验证,结果表明四旋翼无人机执行机构在发生部分失效故障时,输出信号能够快速跟踪轨迹,实现了对执行机构部分失效故障的容错控制。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 线性二次最优控制器 可变因子二阶卡尔曼滤波器 增广状态
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基于反馈线性化的四旋翼无人机姿态控制研究 预览
6
作者 张文清 徐雪松 刘瑞 《计算机仿真》 北大核心 2019年第1期87-91,242共6页
四旋翼无人机在飞行过程中,由于姿态系统强耦合性、强非线性及抗扰动性能弱的原因,无人机的控制一旦受到强扰动,则无人机将会偏移原来的轨迹甚至有可能坠毁。滑模控制是在四旋翼无人机姿态控制的常用方法,然而,如果无人机遇到外界强扰动... 四旋翼无人机在飞行过程中,由于姿态系统强耦合性、强非线性及抗扰动性能弱的原因,无人机的控制一旦受到强扰动,则无人机将会偏移原来的轨迹甚至有可能坠毁。滑模控制是在四旋翼无人机姿态控制的常用方法,然而,如果无人机遇到外界强扰动时,普通滑模控制方法容易出现稳态误差。积分滑模控制方法通过引入积分环节可以降低其稳态误差,不过积分环节的引入容易导致系统暂态性能变差。为了降低由于积分环节的引入而增大的暂态误差,提出一种基于反馈线性化的积分滑模控制方法用于控制各姿态角。上述方法为了便于控制姿态系统,先借助反馈线性化方法将被控对象进行线性化,然后,再利用积分滑模控制律对每个姿态通道进行控制,使得系统在保持原有积分滑模控制方法的较好的稳态性能的基础上,还能够获得更好的暂态性能。最后通过仿真,验证了上述方法的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 姿态控制 积分滑模 反馈线性化
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一类欠驱动系统的双环滑模控制仿真 预览
7
作者 代曾 余红英 刘琛 《现代电子技术》 北大核心 2019年第6期88-91,95共5页
针对一类欠驱动四旋翼飞行器(Quadrotor UAV)受控模型,提出一种基于内外环的滑模控制策略,实现了对Quadrotor UAV系统的稳定控制与跟踪。首先采用拉格朗日方程建立四旋翼飞行器的动力学模型,然后根据其数学模型设计以位置系统为外环,姿... 针对一类欠驱动四旋翼飞行器(Quadrotor UAV)受控模型,提出一种基于内外环的滑模控制策略,实现了对Quadrotor UAV系统的稳定控制与跟踪。首先采用拉格朗日方程建立四旋翼飞行器的动力学模型,然后根据其数学模型设计以位置系统为外环,姿态系统为内环,滑模控制律为控制方法的内外环控制策略。最后在Matlab环境中对该系统进行仿真,验证了该控制策略的有效性。 展开更多
关键词 欠驱动系统 滑模控制 双闭环控制 四旋翼飞行器 系统仿真 控制律
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四旋翼无人机姿态测试平台设计及运动控制研究
8
作者 葛畅 何振鹏 +3 位作者 年哲 钱俊泽 曹文倩 徐天泽 《机械设计》 CSCD 北大核心 2019年第A01期136-140,共5页
针对小型四旋翼无人机飞行姿态的测量和控制进行了研究。自主设计了一种3自由度的四旋翼无人机姿态测试装置,其结构简单、能够精准高效地测量四旋翼在运动过程中真实的横滚角、俯仰角和偏航角,有助于人们对四旋翼的运动方式和控制规律... 针对小型四旋翼无人机飞行姿态的测量和控制进行了研究。自主设计了一种3自由度的四旋翼无人机姿态测试装置,其结构简单、能够精准高效地测量四旋翼在运动过程中真实的横滚角、俯仰角和偏航角,有助于人们对四旋翼的运动方式和控制规律进行更清晰和安全地观察,从而对四旋翼无人机进行更深入地理解和开发。其次,对四旋翼无人机进行了运动原理分析,并建立了四旋翼飞行器的姿态控制动力学模型。然后采用传统的PID控制算法设计了四旋翼飞行姿态控制器,并在MATLAB/SIMULINK环境下进行了飞行姿态的仿真。最后,在所设计的四旋翼无人机姿态测试装置上进行了对四旋翼的飞行姿态测试。试验结果表明了该姿态控制算法的合理性,并验证了所设计的四旋翼无人机姿态测试平台的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 姿态测试平台 姿态控制 MATLAB/SIMULINK
四旋翼无人机自适应反步滑模姿态控制器设计 预览
9
作者 贺有源 李国文 王浩坤 《杭州电子科技大学学报:自然科学版》 2019年第2期57-63,共7页
针对四旋翼无人机姿态控制问题,提出一种基于反步滑模的自适应控制算法。首先,基于牛顿动力学方程建立系统的非线性模型;其次,根据Lyapunov稳定性判据推出无人机反步滑模控制律;然后,设计了一种扰动观测器,对不可测扰动进行实时估计,提... 针对四旋翼无人机姿态控制问题,提出一种基于反步滑模的自适应控制算法。首先,基于牛顿动力学方程建立系统的非线性模型;其次,根据Lyapunov稳定性判据推出无人机反步滑模控制律;然后,设计了一种扰动观测器,对不可测扰动进行实时估计,提高姿态控制系统的抗扰能力;最后,引入一种积分自适应控制律,克服模型参数摄动和外部扰动等因素的影响,增强控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,引入了积分自适应律和扰动观测器的反步滑模姿态控制方法比传统的PID控制以及反步滑模法具有更好的鲁棒性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 姿态控制器 反步控制 滑模控制 自适应控制 扰动观测器
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基于风扰观测的四旋翼无人机双幂次滑模控制
10
作者 汤亮 卢文政 +2 位作者 龚发云 杨敏 刘冠军 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2019年第6期27-33,39,共8页
针对四旋翼无人机在风扰下实现轨迹的准确跟踪问题,提出了一种基于扩张观测器的双幂次滑模趋近律控制器(ESO-DSMC)。首先,建立了带有内部扰动的动力学模型,同时将风切变模型和Dryden紊流模型叠加,并作为风扰因子导入动力学模型;其次,引... 针对四旋翼无人机在风扰下实现轨迹的准确跟踪问题,提出了一种基于扩张观测器的双幂次滑模趋近律控制器(ESO-DSMC)。首先,建立了带有内部扰动的动力学模型,同时将风切变模型和Dryden紊流模型叠加,并作为风扰因子导入动力学模型;其次,引入扩张观测器对总扰动进行实时估计与补偿,并结合抖振较小、响应速度快的双幂次滑模趋近律设计了姿态控制器。通过闭环稳定性分析,ESO-DSMC在全局固定时间内收敛。仿真结果表明,ESO-DSMC与SMC相比,在风扰下对位置的优化率达到约90%,实现了对矩形及螺旋轨迹的准确跟踪,7高了系统抗干扰能力和鲁棒性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 风扰 扩张观测器 双幂次滑模趋近律 轨迹跟踪
基于扩张状态观测器的四旋翼无人机姿态受限控制
11
作者 孟庆霄 邵星灵 杨卫 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2019年第6期34-39,共6页
针对在参数不确定性和外部干扰影响下的四旋翼无人机姿态受限控制问题,设计了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的四旋翼无人机姿态受限控制方法。首先,基于四旋翼无人机姿态运动模型构造ESO对集中扰动进行在线估计... 针对在参数不确定性和外部干扰影响下的四旋翼无人机姿态受限控制问题,设计了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的四旋翼无人机姿态受限控制方法。首先,基于四旋翼无人机姿态运动模型构造ESO对集中扰动进行在线估计;其次,结合障碍Lyapunov函数设计反步控制器,以克服无人机姿态受限问题;另外,还对所提出的控制策略进行了稳定性分析。最后,通过对比仿真试验验证了该控制方法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 扩张状态观测器 障碍Lyapunov函数
四旋翼无人机执行器故障下的饱和容错控制 预览
12
作者 关威 史沛 任艳 《沈阳航空航天大学学报》 2019年第4期49-53,共5页
首先利用牛顿-欧拉运动定理对四旋翼无人机进行数学建模,针对无人机执行器,在同时考虑了执行器故障和饱和的情况下,提出了一种基于线性矩阵不等式的自适应容错控制器的设计方法,该设计方法可以实现自适应容错控制器的在线调节。并且给... 首先利用牛顿-欧拉运动定理对四旋翼无人机进行数学建模,针对无人机执行器,在同时考虑了执行器故障和饱和的情况下,提出了一种基于线性矩阵不等式的自适应容错控制器的设计方法,该设计方法可以实现自适应容错控制器的在线调节。并且给出了一种传统的固定增益控制器的设计方法。通过实验结果对比,发现自适应容错控制器对比固定增益控制器具有对四旋翼无人机执行器更好的控制效果。并通过Matlab仿真实验验证了这种自适应容错控制器的有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 执行器饱和 执行器容错 自适应控制
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一种基于一致性的四旋翼无人机编队避障方法
13
作者 成浩浩 齐晓慧 +2 位作者 杨森 席雷平 甄云卉 《飞行力学》 CSCD 北大核心 2019年第2期51-55,共5页
针对一致性方法无法实现四旋翼无人机编队避障的问题,在航迹规划空间中引入势场来避免编队无人机间和编队无人机与障碍物间发生碰撞。以一致性方法为基础引导四旋翼无人机形成期望队形,为提高算法的收敛速度并且避免四旋翼无人机之间发... 针对一致性方法无法实现四旋翼无人机编队避障的问题,在航迹规划空间中引入势场来避免编队无人机间和编队无人机与障碍物间发生碰撞。以一致性方法为基础引导四旋翼无人机形成期望队形,为提高算法的收敛速度并且避免四旋翼无人机之间发生碰撞,增加了目标点的引力场和无人机间的斥力场;为有效避开外部环境中的障碍物,增加了障碍物的斥力场,并且构建了四旋翼无人机编队避障控制协议。仿真结果表明,新构建的控制协议能够引导编队无人机有效避开障碍物,并且能够恢复预期编队队形。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 一致性方法 势场 编队 避障
基于深度学习的无人机故障诊断方法研究 预览
14
作者 李炜 崔佳佳 《计算机与数字工程》 2019年第5期1249-1253,共5页
由于四旋翼无人机(quadrotor UAV)系统耦合性较高,难以建立准确的系统模型,致使故障诊断准确率较低,同时由于无人机工作环境复杂,易受外界和内部噪声影响,使得大多数方法存在鲁棒性不足的问题。所以,论文提出栈式降噪自编码(Stacked Den... 由于四旋翼无人机(quadrotor UAV)系统耦合性较高,难以建立准确的系统模型,致使故障诊断准确率较低,同时由于无人机工作环境复杂,易受外界和内部噪声影响,使得大多数方法存在鲁棒性不足的问题。所以,论文提出栈式降噪自编码(Stacked Denoising Autoencoder,SDA)的故障诊断方法,不仅不过分依赖系统模型,而且增强其方法的鲁棒性,提升故障诊断的准确率。仿真结果表明,基于SDA的无人机故障诊断方法,能准确可靠地判断执行器的故障类型,并有效提升了四旋翼无人机的安全可靠性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 栈式降噪自编码 鲁棒性
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四旋翼无人机高阶一致性编队控制方法 预览
15
作者 卫强强 刘蓉 张衡 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第8期1-5,共5页
设计了一种基于高阶一致性理论的四旋翼无人机编队飞行控制方法。首先,利用反馈线性化将四旋翼无人机非线性数学模型简化为两个四阶线性子系统和两个二阶线性子系统;然后,利用代数图论和矩阵分析,采用位置偏差矩阵描述编队队形,设计了... 设计了一种基于高阶一致性理论的四旋翼无人机编队飞行控制方法。首先,利用反馈线性化将四旋翼无人机非线性数学模型简化为两个四阶线性子系统和两个二阶线性子系统;然后,利用代数图论和矩阵分析,采用位置偏差矩阵描述编队队形,设计了一种固定拓扑结构下的高阶一致性编队控制算法,并给出其渐近一致的充分条件;最后,通过Matlab仿真实验证明,在该算法下四旋翼无人机可以完成编队集结和编队队形变化等行为。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 编队控制 高阶一致性 代数图论 固定拓扑
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基于积分反步法的四旋翼无人机控制系统抗扰动分析 预览
16
作者 秦华伟 《测试技术学报》 2019年第6期529-534,共6页
四旋翼无人机因其相对较低的成本以及独特的结构和飞行模式,被广泛应用于军事和民用等诸多领域.其中,飞行控制系统是决定整个四旋翼无人机飞行性能的关键.然而,在使用过程中,由于外部环境以及干扰等影响因素复杂且多变,采用传统控制方... 四旋翼无人机因其相对较低的成本以及独特的结构和飞行模式,被广泛应用于军事和民用等诸多领域.其中,飞行控制系统是决定整个四旋翼无人机飞行性能的关键.然而,在使用过程中,由于外部环境以及干扰等影响因素复杂且多变,采用传统控制方法无法完全满足实际需求.本文基于李雅普多夫稳定判据提出了一种引入积分环节的积分反步控制方法,设计了系统控制回路,在此基础上,详细讨论了该控制器的轨迹跟踪以及抗扰动响应特性.结果表明,积分反步法的轨迹跟踪效果良好,并且其抗干扰性能明显优于传统PID控制方法. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 抗扰动分析 反步法 积分反步法
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四旋翼无人机自主飞行系统优化设计与实现
17
作者 陈钊 年晓红 +1 位作者 熊红云 周文孝 《控制与信息技术》 2019年第1期32-38,共7页
文章从无人机硬件实现角度出发,介绍了无人机自主飞行系统构成,并分析了参数辨识及试验飞行过程的常见问题;针对实验过程中无人机定位精度、高度测量精度、视觉传感器测量信息及抗扰性能等问题,分析了单个传感器测量对无人机飞行性能的... 文章从无人机硬件实现角度出发,介绍了无人机自主飞行系统构成,并分析了参数辨识及试验飞行过程的常见问题;针对实验过程中无人机定位精度、高度测量精度、视觉传感器测量信息及抗扰性能等问题,分析了单个传感器测量对无人机飞行性能的影响,并利用多传感器信息融合提高了系统测量精度;设计了自主飞行控制算法,提高系统对外部扰动的抑制能力,并通过实验验证了其有效性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 硬件实现 参数辨识 测量精度 抗扰性能
基于SCKF的4旋翼无人机的姿态估计 预览
18
作者 张煌军 徐雪松 +1 位作者 张文清 刘瑞 《江西师范大学学报:自然科学版》 CAS 北大核心 2019年第2期154-159,共6页
获得准确的姿态角对于无人机的控制来说是十分重要的.考虑到平方根容积卡尔曼滤波算法(square-root cubature Kalman filter,SCKF),既能够克服扩展卡尔曼滤波(EKF)方法因线性化带来的误差,具有更好的非线性滤波功能,又在传统容积卡尔曼... 获得准确的姿态角对于无人机的控制来说是十分重要的.考虑到平方根容积卡尔曼滤波算法(square-root cubature Kalman filter,SCKF),既能够克服扩展卡尔曼滤波(EKF)方法因线性化带来的误差,具有更好的非线性滤波功能,又在传统容积卡尔曼滤波方法中加入了平方根技术,从而能够有效提高数值计算的稳定性,并降低了算法的复杂度.该文将SCKF算法应用于4旋翼无人机的姿态估计中,提出了一种新的4旋翼无人机的姿态估计方法,并进行了仿真实验.实验结果表明:该方法相比传统的EKF方法滤波精度更高,相比较传统的容积卡尔曼滤波(CKF)、无迹卡尔曼滤波(UKF)方法计算时间更短. 展开更多
关键词 平方根容积卡尔曼滤波 四旋翼无人机 姿态估计
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基于小脑模型四旋翼无人机高度跟踪控制研究 预览
19
作者 王辉 刘红霞 +2 位作者 费致根 王建辉 张九江 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第9期98-102,共5页
针对四旋翼无人飞行器的强耦合、欠驱动、非线性强以及参数不确定等因素,将小脑模型(CMAC)神经网络算法引入系统,并与传统PD控制算法结合,以改善系统的动静态性能。以传统PD控制实现对高度的反馈控制,以CMAC神经网络进行前馈控制,实现... 针对四旋翼无人飞行器的强耦合、欠驱动、非线性强以及参数不确定等因素,将小脑模型(CMAC)神经网络算法引入系统,并与传统PD控制算法结合,以改善系统的动静态性能。以传统PD控制实现对高度的反馈控制,以CMAC神经网络进行前馈控制,实现对高度模型的逆模型控制。仿真结果表明,该方法较传统PID控制的动态过程超调量小、响应快速,且稳定性好,系统抗干扰能力强。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 小脑模型 高度跟踪 复合控制
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基于光流定位的四旋翼飞行器技术研究 预览
20
作者 唐舒放 王志胜 张舵 《机械与电子》 2019年第7期54-57,63共5页
以四旋翼为研究对象,提出一种改进LK光流定位算法。通过自主设计的四旋翼平台在室内飞行对算法进行验证,四旋翼无人机基于此改进算法在光流估计过程中,利用前后向误差对异常特征点进行剔除,并对可靠特征点的估计偏移量进行更新,以提高... 以四旋翼为研究对象,提出一种改进LK光流定位算法。通过自主设计的四旋翼平台在室内飞行对算法进行验证,四旋翼无人机基于此改进算法在光流估计过程中,利用前后向误差对异常特征点进行剔除,并对可靠特征点的估计偏移量进行更新,以提高无人机的定位精度和飞行稳定性。结果表明,改进LK光流法定位精度高,在室内能够稳定悬停飞行,其定点悬停精度大约为半径40cm的圆形。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器 LK光流 前后向误差 光流法定位
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