《無人飛行器非線性抗飽和跟蹤控制研究與套用》是依託北京航空航天大學，由鄭澤偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：無人飛行器非線性抗飽和跟蹤控制研究與套用
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：鄭澤偉
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
執行機構飽和是廣泛存在、不可避免而且不利的，是實際系統中最常見的非線性現象之一。飽和情況的存在將降低閉環系統的控制性能，甚至嚴重情況下將導致系統不穩定。本項目擬以三自由度直升機和飛艇等無人飛行器為具體研究對象，針對存在模型不確定和外部干擾等約束，探索適用於無人飛行器的非線性抗飽和跟蹤控制新方法，主要內容包括：（1）無人飛行器非線性抗飽和姿態跟蹤控制；（2）無人飛行器多迴路級聯抗飽和路徑跟蹤控制；（3）無人飛行器制導控制一體化抗飽和路徑跟蹤控制；（4）系統仿真與實驗研究。通過本項目的研究，不僅能夠為無人飛行器提供多種有效的抗飽和跟蹤控制設計方法，而且能夠豐富無人飛行器的自主控制理論，促進非線性控制理論在實際系統中的套用。
結題摘要
圍繞具有輸入飽和約束的無人飛行器，系統開展了抗飽和跟蹤控制方面的研究，設計了幾類抗飽和補償方法並套用到無人飛行器的非線性軌跡跟蹤和路徑跟蹤控制中，取得的主要成果包括： 1、針對無人飛行器的姿態跟蹤控制問題，設計了非線性抗飽和補償器，結合魯棒控制較好地補償了建模和測量的不確定性，控制輸入始終被約束在規定的限制中。 2、提出了一種自適應積分視線制導方法，將傳統視線制導方法中增加積分變數，通過求解積分項和干擾項等式得到變數的一個可行解，克服了傳統視線制導方法干擾狀態下存在穩態誤差的問題，並推廣至存在輸入飽和情形。 3、針對存在非對稱輸入飽和限制的無人系統，提出了兩種抗飽和軌跡跟蹤控制方法。方法基於高斯誤差函式和雙曲正切函式分別逼近輸入飽和函式，彌補了非光滑輸入飽和限制情況下無法套用反步法的限制。 4、基於正切型障礙李雅普諾夫函式與預設性能方法提出了兩種誤差受限路徑跟蹤制導和控制方法，證明無人系統位置跟蹤誤差始終滿足設定的邊界，同時控制輸入滿足約束限制。 5、為提高和控制收斂速度，提出了有限時間誤差受限路徑跟蹤控制方法和固定時間軌跡跟蹤控制方法，仿真驗證所提出的快速跟蹤控制提供了更好的動態性能。 6、通過建立船機相對運動模型，研究了無人直升機非線性抗飽和著船控制問題，將著船過程分為逼近和降落兩個階段，提出了兩種跟蹤控制策略。 7、擴展著船方法，建立異構運動體的相對運動模型，研究了無人飛行器非線性協同著艦控制和太空飛行器抗飽和自主交會對接控制問題。 8、將本項目的跟蹤控制研究成果套用於北京航空航天大學臨近空間飛艇系統中，於2017年完成了近20小時的可控飛行試驗，是目前可查的飛行時間最長的臨近空間飛艇。 受項目資助，負責人發表SCI論文32篇。項目組實現了預定的研究目標，取得了預期的研究成果。成果在無人飛行器及無人系統的跟蹤控制領域具有重要的套用前景。
