摘要：针对欠驱动微小卫星的姿态稳定问题,提出了基于(w,z)参数化的稳定控制方案.(w,z)参数化是一种新的姿态描述方法,它通过两次垂直的旋转来表示卫星的姿态,补充了一次旋转的四元数法和三次旋转的欧拉角法等姿态描述的完整性.采用(w,z)参数化法建立了微小卫星的运动学和动力学模型,并设计了旋转轴稳定、角速率稳定以及姿态稳定等控制律,应用于非对称欠驱动卫星的稳定控制.以采用PWM(Pulse W idth Modulation)技术的微型喷气系统作为执行机构进行欠驱动控制的仿真实验,表明了所提出控制方法的有效性.

摘要：针对空间绳系机器人抓捕失稳目标后组合体稳定控制问题,提出一种考虑状态约束的欠驱动控制方法.在建立绳系系统动力学模型的基础上,设计辅助函数保证状态约束,基于能量法的控制框架设计欠驱动稳定控制器.从数学上证明了系统状态满足约束、稳定且能收敛到期望值.对设计的控制器进行仿真验证,并与传统分层滑模控制器进行对比.仿真结果表明本文控制方法的优越性,组合体姿态角变化范围更小,收敛时间更短,控制精度更高.

摘要：双摆机器人的原型为旋转二级倒立摆,用单输入进行3个自由度的控制,属于典型的欠驱动控制系统。双摆杂技机器人具有4个平衡点:Down-Down、Down-Up、Up-Down、Up-Up,针对从Up-Up倒立平衡点到Down-Down悬垂平衡点的运动控制问题,采用基于动觉智能图式的仿人智能控制理论,首先对目标过程进行了控制任务分解与控制模态划分,分为初始扰动、内杆缓降、内杆稳定外杆限幅、双杆稳定4个控制阶段;然后针对每个阶段设计了对应的感知图式、运动图式与关联图式;最后在双摆杂技机器人装置上进行了实时控制实验,验证了控制方法的有效性。

摘要：研究一类非完全对称欠驱动无人艇全局渐近镇定控制问题,基于级联系统理论和李雅普诺夫理论实现了全局渐近镇定控制.将无人艇系统模型进行两次全局微分同胚变换,得到非线性级联系统的形式,使原无人艇系统的镇定问题简化为级联系统的镇定问题;基于李雅普诺夫稳定性理论和级联系统理论设计了镇定控制器并分析了其稳定性,实现了非完全对称欠驱动无人艇的全局渐近镇定控制.仿真结果验证了所研究方法和设计控制器的有效性和可靠性.

摘要：针对水面无人艇(unmanned surface vessel,USV)的非对称和欠驱动特性,提出了一种非对称模型下的改进视线法导向路径跟踪控制方法。首先通过对系统进行全局微分同胚变换,解决了由非对称性带来的系统系数矩阵非对角线元素存在非零项的问题;其次基于目标路径参考点建立坐标系,在视线法中引入跟踪误差函数,使视线法导向角跟随曲线路径自适应调整;然后针对系统的欠驱动特性,以目标路径切线方向速度作为虚拟控制输入,基于反步法和拉塞尔不变原理以及李亚普诺夫稳定性理论,设计了无人艇全局渐近稳定的路径跟踪控制器;最后通过仿真试验验证了所提出方法和所设计控制器的有效性和可靠性。

摘要：针对含不稳定内动态的襟翼控制欠驱动高超声速飞行器现有控制策略普遍存在的机动性能不足、工程应用困难等问题,设计欠驱动飞行器的自抗扰/鲁棒控制系统。提出一种基于通道级联的欠驱动控制策略,令偏航通道作为滚转通道的内回路,利用±1.5°的侧滑角合法波动范围,提升滚转角的指令跟踪速度。结合自抗扰与鲁棒控制理论设计自动驾驶仪,该自动驾驶仪不仅适用于过载反馈/欠驱动的非最小相位对象,还在摆脱自抗扰系统对关键模型参数依赖的同时减小了鲁棒控制器的降阶难度,有广阔的工程应用前景。为验证方案有效性,以参数存在±20%随机摄动的欠驱动高超声速飞行器模型为对象进行了1000次蒙特卡洛仿真,结果表明新的欠驱动策略能够在保证侧滑角不越界的同时提高滚转通道的响应速度,自抗扰/鲁棒控制系统在面对模型摄动与复合干扰时均有较好的鲁棒性。

摘要：针对非对称欠驱动无人艇的镇定控制问题,提出了基于极坐标系的一类多输入多输出分块反步法,设计了一种漂角极坐标系作为艇体的动坐标系,以极坐标系代替直角坐标系作为大地坐标系,将漂角、艏向角与极角融合处理,获得了极坐标系下无人艇水平面运动的运动学和动力学方程,使直角坐标系下的欠驱动问题简化为极坐标系下的全驱动问题。结合李亚普诺夫稳定性理论和反步法设计了一种极坐标系下的多输入多输出分块反步镇定控制律,实现了非对称欠驱动无人艇的镇定控制。在实验室半物理仿真平台下,以某长度为1.2m、质量为17.5kg的无人艇模型为实例进行镇定控制仿真试验,对比分析了分块反步镇定控制算法与传统基于对称模型的反步控制算法的控制结果。分析结果表明:分块反步镇定控制算法的位姿收敛速度提高了约10s,位置和艏向角镇定误差分别降低了约0.3m和10°,线速度和角速度超调量分别降低了约0.6m·s-1和2rad·s-1,因此,基于非对称模型的极坐标系下欠驱动分块反步法具有较大的可靠性、稳定性和精确性。

摘要：针对欠驱动吊车系统的控制问题,提出了一种非线性信息融合控制方法.通过融合二次型性能指标函数中包含的未来参考轨迹和控制能量的软约束信息,以及吊车系统状态方程和输出方程的硬约束信息,获得协状态和控制量的最优估计.针对控制量输入饱和的问题,提出了一种控制能量软约束信息自适应调节算法,使求出的控制量满足限制要求.信息融合控制方法基于被控对象的离散模型设计,具有易于实现的特点.仿真结果表明了该方法的有效性.

摘要：为提高风浪流等外界环境扰动下,欠驱动无人艇航迹跟踪控制的准确性和鲁棒性,研究真实海洋环境下一类欠驱动无人艇的航迹跟踪控制问题,提出了一种基于改进视线导引算法与自适应滑模航向控制算法级联形式的欠驱动无人艇航迹跟踪控制算法,并基于李雅普诺夫理论和级联系统理论证明了当所有控制目标实现时,航迹跟踪控制系统为一致全局渐近稳定的.与传统的视线导引算法相比,改进的导引算法通过引入自适应观测器能够实现对漂角的实时估计和补偿,同时时变前视距离的设计使得无人艇的操纵更加灵活.以"海鲟03号"无人艇操纵运动模型和辨识得到的参数为基础,在MATLAB/SIMULINK软件上进行了航迹跟踪对比仿真实验,仿真结果表明:相比传统LOS导引策略下的航迹跟踪算法,控制算法动态性能更高且稳态误差较小,验证了算法的有效性和先进性;利用"海鲟03号"无人艇对所提出的控制算法进行了海上试验,结果表明在航迹跟踪控制算法的作用下,无人艇能较为准确地跟踪预先设定的期望航迹,且在整个航迹跟踪过程中,航迹误差相对较小,验证了该算法在实际工程应用中的正确性和有效性.

摘要：研究一类欠驱动无人海洋运载器(UMV)的轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于非对称模型的积分反步控制方法。建立了非完全对称(左右对称、前后不对称)的欠驱动UMV水平面运动模型,考虑了系统阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项的问题;通过设计虚拟状态和控制输入反馈变换,解决了UMV轨迹跟踪控制过程中存在的角速度持续激励问题,得到了直线轨迹和曲线轨迹通用的跟踪控制器;在轨迹跟踪控制器当中引入跟踪误差的积分项,提高了UMV系统的全局稳定收敛速度,基于Barbalat引理和Lyapunov稳定性理论分析了系统的稳定性。借助实验室半物理仿真平台进行仿真实验,与传统基于对称模型的控制算法对比,体现出了基于非对称模型的欠驱动UMV轨迹跟踪控制方法的优越性。