Robust adaptive compensation control for unmanned autonomous helicopter with input saturation and actuator faults

This paper studies a robust adaptive compensation Fault Tolerant Control(FTC) for the medium-scale Unmanned Autonomous Helicopter(UAH) in the presence of external disturbances,actuator faults and input saturation.To improve the disturbance rejection capacity of the UAH system in actuator healthy case, an adaptive control method is adopted to cope with the external disturbances and a nominal controller is proposed to stabilize the system.Meanwhile, compensation control inputs are designed to reduce the negative effects derived from actuator faults and input saturation.Based on the backstepping control and inner-outer loop control technologies, a robust adaptive FTC scheme is developed to guarantee the tracking errors convergence.Under the presented FTC controller, the uniform ultimate boundedness of all closed-loop signals is ensured via Lyapunov stability analysis.Simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control algorithm.     

涵道风扇式无人机的优先级控制分配

涵道风扇式无人机是一种冗余配置操纵面的飞行器，其控制分配问题通常使用伪逆法求解，然而伪逆法不能对任意可达的期望力矩都返回容许控制，使冗余的操纵面牺牲了部分控制能力。提出一种优先级控制分配方法，该方法先对期望力矩进行矢量分解并划分优先级，再求解约束最优化问题得到容许控制。相比于伪逆法，所提出的方法可对更大范围的期望力矩返回容许控制，而且当期望力矩不可达时，可以防止系统因执行器饱和而产生输出耦合。将所提出的方法应用到涵道风扇式无人机的控制分配中，仿真及飞行试验验证了该方法的有效性。     

考虑预设性能约束的运输机姿态容错控制

针对运输机舵面故障情况下的姿态容错控制问题,提出了一种考虑预设性能约束的自适应指令滤波增量反步(Adaptive Command-filtered Incremental Backstepping,ACFIBS)容错控制器。首先,构造运输机故障模型,在反步控制设计结构下,通过构造预设性能函数,保证外回路姿态角跟踪误差的动态性能。然后,考虑舵机偏转速率和幅值限制,引入受限指令滤波器和补偿信号,综合考虑气动参数不确定性,采用增量方法设计反步内环控制律。在此基础上,进一步考虑舵面故障情况,引入自适应方法及低通滤波器改进增量反步控制器。最后,通过理论推导和仿真试验验证了控制方法的有效性。仿真结果表明,所设计的控制器具有良好的容错性能,在不同舵面故障条件下均可实现对指令信号的预设性能跟踪,且在参数摄动情况下具有较强的鲁棒性。     

航天器有限时间自适应姿态跟踪容错控制

非刚体航天器存在时变的惯量、执行器完全失效或衰退故障以及外界干扰的情况,提出一种有限时间自适应姿态跟踪容错控制方法。首先,基于有限时间理论和自适应方法,设计惯量不确定性自适应估计项和外界干扰参数自适应估计项进行系统补偿,克服惯量不确定性和抑制外界干扰;然后,基于容错控制和双幂次方法,设计一种自适应有限时间姿态跟踪容错控制算法,并且利用Lyapunov稳定性理论证明所提算法能够保证航天器姿态跟踪系统实际有限时间稳定;最后,对仿真结果进行验证。结果表明:所提有限时间姿态跟踪容错控制方法是有效的。     

SE(3)上航天器姿轨耦合固定时间容错控制

针对相对运动航天器姿轨一体化控制问题,考虑执行器故障和控制输入饱和的影响,提出了一种基于滑模的模糊自适应固定时间容错控制方法。首先,在李群SE（3）的框架下建立并推导相对运动航天器姿轨一体化误差动力学模型;其次,引入执行器故障和控制输入饱和的问题,采用双幂次快速终端滑模面,并结合模糊自适应方法设计了固定时间稳定的容错控制器,可以实现执行器故障情况下相对运动航天器的高精度快速跟踪控制;然后,运用Lyapunov方法证明了系统的稳定性,该控制器不仅能不依赖于系统的初始状态实现滑模趋近和到达阶段的固定时间稳定性,而且由于采用模糊逼近方法结合自适应更新策略可以实时高精度地估计系统的总扰动信息,因此可以达到快速高精度的容错控制目标;最后,对所提出的的控制方法进行数值仿真分析,结果验证了该方法的有效性和可行性。     

带有执行器约束条件的模糊自适应反步控制

针对高超声速飞行器在飞行控制过程中存在外界干扰以及考虑执行器的动态特性等问题,结合飞行器纵向模型的特点,考虑舵的动态特性,分别设计了基于动态逆的速度控制器和基于指令滤波器采用Backstepping控制方法的高度控制器。模糊自适应系统用来在线辨识飞行器模型由于气动参数的变化而引起的不确定性。运用Lyapunov理论分析闭环系统的稳定性,证明了包含跟踪误差在内的所有信号满足半全局一致稳定。最后通过仿真对控制器的控制效果进行验证,得到了较为满意的控制效果。     

星间光通信终端粗瞄系统鲁棒非脆弱H∞控制

 光通信终端粗瞄控制系统设计对通信链路的建立有重要影响。本文对潜望式粗瞄伺服机构在外层空间受到的力矩扰动进行了分析,由于其变化规律复杂,将其作为低频有界扰动附加于无刷直流 (BLDC)电机上,推导了有界无结构摄动情况下的终端控制对象模型;引入非脆弱状态反馈设计,确保在控制器参数漂移时闭环系统仍具有二次稳定性;利用线性矩阵不等式(LMI)方法,获得了二次稳定条件下的干扰抑制和防止执行器饱和的非脆弱控制器条件;最后对光通信终端的无刷直流电机模型进行分析,利用MATLAB完成粗瞄控制器的解算。仿真表明闭环系统在摄动下具有二次稳定性,对干扰有抑制力,其反馈控制量能满足预防饱和的设计要求。     

侧向自动着舰引导控制L1自适应设计

针对具有不确定性及外部干扰的着舰轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种对侧向自动着舰引导控制内外回路进行综合化设计的方法.使用特征结构配置实现侧向模态解耦跟踪控制,同时设计L1自适应控制器以补偿系统由于不确定性、舵面故障、舰尾流干扰带来的不利影响,将其应用到侧向自动着舰控制系统.仿真结果表明,对内外回路进行综合设计的着舰引导控制律具有抑制不确定性及干扰的能力,能够实现对侧向自动着舰轨迹的精确跟踪控制.     

Modified robust optimal adaptive control for flight environment simulation system with heat transfer uncertainty

To solve the rapid transient control problem of Flight Environment Simulation System (FESS) of Altitude Ground Test Facilities (AGTF) with large heat transfer uncertainty and disturbance, a new adaptive control structure of modified robust optimal adaptive control is presented. The mathematic modeling of FESS is given and the influence of heat transfer is analyzed through energy view. To consider the influence of heat transfer in controller design, we introduce a matched uncertainty that represents heat transfer influence in the linearized system of FESS. Based on this linear system, we deduce the design of modified robust optimal adaptive control law in a general way. Meanwhile, the robust stability of the modified robust optimal adaptive control law is proved through using Lyapunov stability theory. Then, a typical aero-engine test condition with Mach Dash and Zoom-Climb is used to verify the effectiveness of the devised adaptive controller. The simulation results show that the designed controller has servo tracking and disturbance rejection performance under heat transfer uncertainty and disturbance; the relative steady-state and dynamic errors of pressure and temperature are both smaller than 1% and 0.2% respectively. Furthermore, the influence of the modification parameter γ is analyzed through simulation. Finally, comparing with the standard ideal model reference adaptive controller, the modified robust optimal adaptive controller obviously provides better control performance than the ideal model reference adaptive controller does.     

基于自适应不对称高斯基函数网络的可靠飞行跟踪控制

针对歼击机操纵面结构故障,提出了一种基于自适应不对称高斯基函数网络（AGBFN）的可靠跟踪控制方案。该方案的特点是在传统的线性控制器的基础上,引入基于自适应AGBFN的自适应控制器,用于在线补偿由于建模误差、外扰、以及操纵面卡死或损伤所造成的影响,并且采用控制隔离技术来处理执行机构的饱和问题。完全自适应AGBFN采用不对称高斯基函数,并且可以在线更新网络所有参数,克服了传统RBF网络对称性约束,提高了网络的适应性和学习能力,从而保证歼击机的操纵品质,且输出较好地跟踪参考模型输出。飞行仿真结果表明,文中采用的控制方法使飞机在正常状态和故障状态下均可获得满意的控制效果。