《含單面約束的多體飛行器系統動力學建模與內蘊控制》是依託北京理工大學，由唐勝景擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：含單面約束的多體飛行器系統動力學建模與內蘊控制
- 依託單位：北京理工大學
- 項目負責人：唐勝景
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含單面約束的多體飛行器系統是一個欠驅動強非線性系統，存在建模複雜、單面約束求解困難、控制器分析設計困難等問題。本項目從系統的幾何內蘊信息入手，建立系統的混合動態幾何描述，並在此基礎上利用系統的內蘊信息在位形流形上直接設計內蘊控制器，同時利用多測地線反饋減小欠驅動特性對系統過渡過程的影響。並提出Lie群上的位形重構方法和流形上的模糊邏輯抗飽和框架。本項目緊密結合無人飛行器的套用發展規劃，針對含單面約束的多體飛行器系統的建模與控制問題，為一類含單面約束的飛行器系統的動力學特性分析與研究、控制器設計與套用提供了新的設計與分析方法，進而為飛行器快速運輸懸掛載荷的工程套用提供了理論依據和研究基礎。
結題摘要
所謂的單面約束，是指只能提供單向約束力的約束，本文特指繩索類約束。含單面約束的多體飛行器系統是指利用繩索將飛行器系統和其他剛體系統聯接，來完成牽引、運輸等任務的無人機多剛體系統。單面約束的多體飛行器系統在軍事領域，如戰區排雷、偵察、空中運輸、近地探測，以及森林滅火等方面，均有廣闊的套用前景。針對傳統方法對含單面約束的多自由度飛行器系統建模複雜、單約束求解困難、控制器設計分析困難等問題，從微分幾何的角度建立含單面約束的多體飛行器系統的混合動力學模型。並在此基礎上利用系統的幾何內蘊信息，基於測地線反饋，在其位形流形上直接設計幾何內蘊控制器，如幾何PD控制器、幾何自適應魯棒滑模控制器等。針對載機姿態位形獲取困難使得幾何反饋難以實現的問題，利用SO(3)上的顯式互補濾波器（ECF）、自適應顯式互補濾波器（AECF），實現載機姿態位形的精確重構。針對包括外界干擾在內的未建模誤差對多體飛行器系統的影響，設計模糊邏輯系統線上自適應估計多體飛行器系統的未建模誤差，以增強系統的抗干擾及實際套用能力。為實現多體飛行器系統控制要求姿態閉環系統誤差收斂速度快、穩態精度高的特點，在流形SO(3)上設計固定時間收斂控制器。考慮無人機姿態機動時的能量消耗，將模型預測靜態規劃（MPSP）算法套用到流形SO(3)上，得到滿足姿態終端約束的最優控制律，且控制律求解過程簡單，計算量小。本項目緊密結合無人飛行器的套用發展規劃，針對含單面約束的多體飛行器系統的建模與控制問題，為一類含單面約束的飛行器系統的動力學特性分析與研究、控制器設計與套用提供了新的設計與分析方法，進而為飛行器快速運輸懸掛載荷的工程套用提供了理論依據和研究基礎。所採用的幾何建模與控制方法也可被進一步拓展套用到其它機械系統的幾何描述與控制中，具有廣闊的套用前景。
