摘要：针对GPS(global positioning system)信号缺失环境下无人机自主飞行控制问题,设计了一种基于视觉与IMU(inertial measurement unit)融合的误差状态卡尔曼滤波(ESKF)框架,并在此基础上提出了一种新的输入饱和控制方法以进一步缓解视野约束以及运动模糊问题.不同于传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)框架,本文设计的滤波框架是对误差状态进行更新与校正,而不是直接对系统状态进行估计.由于误差状态是小量,并且其线性程度较高,因此相对于系统状态局部线性化而言,误差状态的局部线性化的模型误差更小,进而可以提高状态估计的精度.基于ESKF框架得到的全状态估计,本文提出了一种新的线性与双曲正切混合的饱和函数,进而设计了输入饱和控制器并通过李亚普诺夫函数证明了闭环系统平衡点的渐近稳定性.最后,在旋翼无人机平台上的对比实验结果表明:本文ESKF方法得到的状态估计精度更高.另外,本文所提出的输入饱和控制方法有助于保证视觉特征在视野之内,并且比有界积分控制方法有更好的暂态以及稳态性能.

摘要：针对2自由度铰接车体车辆直线越障偏移问题,建立车辆越障运动的动力学模型.以后车体绕z轴的角速度、沿y轴速度和前车体相对后车体的横摆角速度作为被控量,建立误差运动学模型,对误差系统进行稳定性和能控性分析.由于净转向力矩有上限,采用反步法设计系统的抗饱和控制器,对运动偏移控制中的液压转向机构输出饱和现象进行抑制.通过计算得到了在偏移控制过程中液压转向执行机构的净输出力矩随时间变化的曲线.结果表明:加入抗饱和控制器后,通过前后车体间的转向液压系统控制前后车体相对角速度,车辆越障运动时的y向偏移误差在5 s后收敛至0,前后车体夹角、后车体进方向的偏角也随时间逐渐收敛至0,车辆沿直线路径行进,证明抗饱和控制算法能有效地消除越障偏移误差.

摘要：针对一类各子系统执行机构均具有饱和特性的参数不确定线性切换系统,首先基于公共李雅普诺夫函数法给出了任意序列下稳定的状态反馈控制器设计方法,而后构造出用于求解饱和控制律的随机梯度算法.该算法依概率可收敛到一组可行解,数值例子表明了该算法的有效性.

摘要：针对微纳卫星的鲁棒抗饱和姿态控制问题，提出了一种新的基于混合H2／H∞优化的PID饱和姿态控制器设计方法。该方法不仅考虑了空间环境干扰力矩和星体转动惯量不确定性对姿态控制系统的影响，而且考虑了由于物理结构的限制和能量消耗的限制带来的输入饱和问题以及由执行机构安装误差和输入干扰导致的输入不确定性问题，因而能够有效地提高姿态控制系统的抗干扰能力。设计了鲁棒多目标优化抗干扰饱和姿态稳定PID控制器，并基于线性矩阵不等式对其进行了求解。仿真结果比较表明，基于H2／H∞优化的微纳卫星姿态饱和PID控制器可显著提高系统的鲁棒性及动态响应性能，有效避免控制器增益饱和现象。

摘要：对一类采用过载控制的飞行器的高度控制系统,采用Lyapunov函数方法,进行基于过载受限的饱和控制器设计。该方案使得不同初始状态与控制目的的高度控制系统,均能在输入受限的条件下,收敛到系统原点领域。高度控制系统是一类非线性系统,文中通过构造Lyapunov函数方法,确保了系统的稳定性。由于控制律采用的是饱和控制形式,因此从根本上解决了输入受限问题。最后仿真结果表明了该方案的有效性。

摘要：研究了一类带有干扰的非线性离散系统的抗干扰控制问题.针对外部干扰,设计了干扰观测器进行估计;针对系统中的饱和项,设计饱和控制器来消除饱和的影响.在此基础上,提出了基于干扰观测器的控制(DOBC)和饱和的复合控制策略,解决了一类非线性离散系统抗干扰控制问题.

摘要：为了实现具有协同式自适应巡航控制的匀质和异质队列的队列稳定性,基于最优控制和饱和控制理论提出队列协同巡航控制算法,将车辆队列视为一种动态级联系统,而队列稳定性,即抑制状态量沿队列的波动,是这类系统设计的基本要求。针对系统的队列性能的要求,采用恒定车间时距策略建立考虑队列稳定性、执行器饱和的车间纵向运动学模型,根据不同的前车采用不同的权值矩阵来计算最优控制输入;针对最优控制鲁棒性和约束性较差的问题,引入饱和控制,在Riccati方程框架下,设计低增益状态反馈控制律,证明具有饱和非线性系统的局部镇定,实现系统的闭环稳定性和队列稳定性。最终通过Matlab/Simulink进行匀质和异质队列的仿真,验证算法在满足队列稳定性目标下协调多性能指标的可行性和有效性。

摘要：研究了饱和控制多输入离散时滞线性系统的稳定性问题.在满足一定的假设条件下,针对执行器出现饱和控制的情况,通过定义多输入饱和度函数,基于Lyapunov方法给出系统全局渐近稳定的充分性判据,并在系统不满足所给判据时给出其不变吸引域的描述.最后,设计一个算法来实现所得结果,并通过数值算例验证算法的可行性与有效性.

摘要：针对带有加性扰动的双积分器,本文结合嵌套饱和控制与积分滑模控制原理,设计一种带分数指数项的积分滑模面.运用Haimo有限时间稳定原理,证明了所设计的积分滑模不会产生奇异性.相应的控制设计由两部分组成:理想控制和不连续控制,可实现滑模面上动态的有限时间稳定,并消除加性扰动的影响.用直流电机角速度控制系统作为例子,说明了算法的有效性.

摘要：针对单无人机对单目标的环航跟踪问题,设计了一个能保证无人机在速度有界条件下,飞行轨迹快速收敛到期望航迹的控制器. 1)根据无人机运动特性,设计了一个考虑目标运动状态的控制方案,并利用Lyapunov稳定性定理给出了系统渐近稳定的充分条件. 2)结合饱和控制和有限时间控制,得到使无人机相对目标距离在有限时间内收敛到期望值的充分条件. 3)用数值算例比较验证了所提控制器的有效性.