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基于模糊扩张状态观测器和自适应滑模的四旋翼无人机控制方法

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2024-11-04 08:46:24

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 徐景新 | 2024-11-04 08:46:24

张状态观测器的参数主要基于工程经验来进行选择。极点配置法(Pole Assignment)是通过比例环节的反馈把线性定常系统的极点移到预定位置的一种综合原理,其实质是用比例反馈去改变原系统的自由运动模式,以满足设计的要求。因此,可以通过极点配置法来确定扩张状态观测器参数的初值。

一种基于模糊扩张状态观测器和自适应滑模的四旋翼无人机控制方法,建立四旋翼无人机系统模型,初始化系统状态以及控制器参数;设计跟踪微分器;设计非线性扩张状态观测器;建立模糊规则;设计参数自适应律;设计自适应滑模控制器。设计扩张状态观测器,用于估计系统模型不确定以及外部扰动,通过极点配置法来确定扩张状态观测器参数的初值,引进模糊规则,对扩张状态观测器参数进行在线整定;设计参数自适应律,得到理想的控制器增益;设计自适应滑模控制器,保证系统跟踪误差快速稳定并收敛至零点,实现四旋翼无人机快速稳定的位置跟踪及姿态调整。本发明改善了系统性能,实现了系统快速稳定的位置跟踪及姿态调整。

无人机行业应用领域

在航拍领域,四旋翼无人机需要在复杂的环境条件下(如风力干扰、地形变化等)保持稳定的飞行姿态,以获取高质量的影像。这种控制方法可以有效应对外界干扰,使无人机能够精确地悬停和飞行,保证拍摄画面的平稳。例如,在拍摄体育赛事、自然风光纪录片等场景中,无人机能够在不同天气和地形条件下,为摄影师提供稳定的拍摄平台。

在电力巡检、管道巡检等工业巡检应用中,四旋翼无人机需要沿着规定的路线飞行,并且在遇到障碍物或者电磁干扰时能够稳定自身状态。该控制方法可以确保无人机在复杂的工业环境中安全、准确地完成巡检任务,提高巡检效率和质量,减少人工巡检的风险和工作量。

无人机物流配送领域

随着无人机物流的发展,四旋翼无人机需要在不同的气象条件和负载变化下,准确地将货物送到指定地点。基于模糊扩张状态观测器和自适应滑模的控制方法可以增强无人机的抗干扰能力和飞行稳定性,确保货物运输过程中的安全。例如,在城市环境中,无人机能够克服建筑物周围的气流干扰,按照预定路线将包裹准确地投递到客户手中。

军事领域

在军事侦察任务中,四旋翼无人机可以利用这种先进的控制方法,在复杂的战场环境(如山地、丛林、城市巷战等)下进行隐蔽侦察。它能够在面对敌方电子干扰和恶劣天气的情况下,保持稳定的飞行姿态和航线跟踪,为军事指挥提供准确的情报信息。并且在一些小型武器挂载的应用场景中,也能确保无人机在攻击过程中的飞行稳定性和精度。

浙江工业大学是东部沿海地区第一所省部共建高校、首批国家“高等学校创新能力提升计划”(2011计划)协同创新中心牵头高校和浙江省首批重点建设高校,坐落于中国历史文化名城、风景旅游胜地杭州。学校坚持立德树人根本任务,以拔尖创新人才为引领、高级应用型人才为主体、复合型人才为特色,大力培养德智体美劳全面发展,富有家国情怀、国际视野、创新精神和实践能力的行业精英和领军人才。

滑模变结构控制由于具有具有算法简单、响应速度快、不受系统结构和扰动影响、鲁棒性强等优点,得到了广泛的应用。然而,传统滑模控制由于存在符号函数,在控制过程中会频繁地切换系统的控制状态,从而产生了明显的抖振问题,严重时甚至会影响系统的稳定性。并且在实际控制中,由于估计误差的上界往往难以准确获得,因此,滑模控制器的增益往往无法精确得到,为解决这个问题,本发明设计参数自适应律,得到接近理想值的控制器增益,并设计相应的自适应滑模控制器。

技术转让,许可,合作所需资金需双方协商,此项技术想尽快落地,希望具备此项技术研发的技术方,能够尽快承接此项目。