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线性扩张状态观测器及其高阶形式的性能分析被引量：53: 2015年; 扩张状态观测器(ESO)作为自抗扰控制(ADRC)的核心组件,其自身及高阶扩展形式的性能分析与评估至关重要.借助Lyapunov逆定理证明了任意扩张阶数下线性扩张状态观测器(LESO)重构状态误差的收敛性,并得出了观测误差上界与扩张阶数的定量关系式;在分别考虑扩张阶数、观测器带宽以及剪切频率的情况下,探讨了高阶及传统LESO的动态响应、干扰抑制能力与观测器参数间的关系;最后,结合改进的ADRC控制器,在估计能力、峰值现象的抑制、滤噪性能等方面对高阶及传统LESO进行了性能评估与仿真验证.所得出的结论可为ADRC应用中ESO的选取提供有效的理论依据.; 邵星灵王宏伦; 关键词：扩张状态观测器

基于视觉的自主空中加油锥套跟踪与定位被引量：3: 2019年; 主要针对国内软式空中加油,设计了一套基于机器视觉技术的自主空中加油锥套跟踪与定位系统。首先,对加油机系统建模,利用有限元分析进行加油软管锥套建模,为锥套运动提供基准数据;然后,利用最小椭圆定位完成锥套二维图像定位,结合LHM算法完成三维定位;接下来,考虑到锥套定位稳定性较差以及输出频率较低的问题,引入EKF提高系统鲁棒性并设置ROI区域减少图像处理时间;最后仿真结果表明,在不同紊流条件下,基于EKF的视觉测量系统可提高系统鲁棒性并使输出频率大大提升。; 钟珍伟秦勇王宏伦苏子康姚鹏李娜; 关键词：空中加油

自主空中加油输油阶段无人机建模与控制被引量：2: 2014年; 针对自主空中加油输油阶段无人机位置保持控制问题,将无人机分为飞机本体和油箱两部分,利用变质量系统理论建立了无人机非线性方程,解决了常规模型无法反映出无人机重量、重心变化的问题。控制律设计方面,通过将变化的油箱转化为外界干扰,提出了基于干扰观测器控制(disturbance observer based control,DOBC)的复合控制结构。复合控制器由位置保持控制器和干扰观测器组成,位置保持控制器采用带积分的线性二次型方法,干扰观测器由比例积分观测器和补偿单元构成,并证明了复合控制器的稳定性。仿真结果表明,将该控制器应用于某型高空无人机非线性模型,可有效减小输油过程带来的影响,实现了输油阶段的位置保持控制。; 王宏伦樊国玮盖文东梁宵; 关键词：飞行器控制自主空中加油变质量系统

基于微分器的轨迹线性化控制方法及其应用被引量：5: 2015年; 针对当前轨迹线性化控制(TLC)方法对系统中的不确定性存在鲁棒性不足的问题,受非线性跟踪微分器设计思路的启发,提出了一种基于微分器设计原则的轨迹线性化控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD)的概念,通过理论分析指出了当前轨迹线性化控制方法中采用一阶惯性+伪微分器求取标称指令的微分信号时,会存在与二阶线性微分器类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器(TD)求取标称指令及其微分信号,避免了该现象的同时又赋予了系统在控制量的约束范围内调节响应快慢的能力;其次,通过构造期望的闭环系统,跟踪误差动态,直接获取线性时变(LTV)系统的控制量,使得参数整定不再依赖于并行微分(PD)谱理论,在此基础上,将混合微分器(HD)的非摄动形式等价为期望的闭环系统跟踪误差动态,以提升轨迹线性化控制方法的鲁棒性,同时借助Lyapunov稳定性理论证明了受扰系统的跟踪误差最终一致有界;最后,利用所提出的轨迹线性化控制方法设计了高超声速飞行器的姿控系统并进行了相应的仿真.结果表明:存在大范围气动参数摄动的情况下,本方法仍具有较好的控制性能及抗干扰能力,能够满足高超声速飞行器快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.; 邵星灵王宏伦张惠平张晓峰; 关键词：高超声速飞行器

基于SMDO-TLC的高超声速飞行器姿态控制被引量：5: 2014年; 针对高超声速飞行器快时变、强耦合以及存在参数不确定和外部干扰情况下的姿态控制问题,同时考虑到执行机构动态和输入受限,提出了基于滑模干扰观测器-轨迹线性化(SMDO-TLC,Sliding-Mode Disturbance Observer-Trajectory Linearization Control)的高超声速姿态控制方法.首先,引入二阶线性微分器(SOLD,Second-Order Linear Differentiator)的概念,通过理论分析指出了当前TLC中采用一阶惯性+伪微分器求取输入指令的微分信号时会存在与SOLD类似的峰值现象,随后利用韩式跟踪微分器求取姿态标称指令及其微分信号,可有效解决过渡过程中执行机构饱和问题;接着,分别在姿态和角速率回路设计二阶滑模干扰观测器,利用符号函数积分来重构内外回路的复合干扰,在此基础上设计补偿控制律,以实现姿态控制器设计.仿真结果表明,所提出的方法能够克服时变干扰及气动参数大范围摄动的影响,同时兼具良好的动态特性与静态品质,能够满足高超声速飞行器的快时变、高精度以及强鲁棒的控制需求.; 邵星灵王宏伦; 关键词：高超声速飞行器

面向大跨度机动飞行的高超声速飞行器自抗扰轨迹线性化控制被引量：3: 2015年; 针对高超声速飞行器大跨度机动飞行所引起的本质非线性及强耦合动力学特性、执行机构输入受限、多源气动参数摄动及外部环境干扰并存情况下的姿态跟踪控制问题,结合模型辅助自抗扰控制技术,构建并阐述了基于轨迹线性化控制框架的集抗饱和与主动干扰补偿于一体的姿态控制体系。首先,面向控制角度,将姿态和角速率子系统描述为带不确定性的严格反馈形式;其次,基于自抗扰控制的设计思路,采用跟踪微分器对姿态标称指令及其微分安排过渡过程,解决单一轨迹线性化控制中的执行机构饱和问题;分别针对姿态与角速率回路构造包含模型信息的扩张状态观测器对总干扰进行观测并补偿,克服大范围不确定性对闭环跟踪性能的影响;基于轨迹线性化控制思想,分别设计前馈跟踪控制律和反馈镇定控制律,实现姿态跟踪误差沿着标称指令镇定。仿真结果表明,该控制方案能够实现给定大幅度制导指令下的高精度抗干扰控制,且对于再入过程中的多源干扰大范围摄动具有较强的适应能力。; 王宏伦邵星灵张惠平杨业; 关键词：高超声速飞行器扩张状态观测器

基于流体扰动计算的无人机三维无碰撞航路规划被引量：9: 2016年; 针对三维多架无人机(UAV)入侵的情况,提出一种基于流体扰动计算方法与交互多模型(IMM)算法相结合的无碰撞航路规划算法.首先将流体扰动计算方法用于三维单机入侵情况下的无碰撞航路规划,并简要分析该方法的特点.然后将改进的流体扰动计算方法运用到三维多机入侵的情况,并采用机动目标多模型跟踪算法对机动入侵机进行跟踪并对其未来运动态势进行预测,再结合滚动优化思想在线调整影响系数,在无人机性能约束要求下对避撞航路进行实时的局部优化,最终规划出一条三维可飞行的无碰撞航路.仿真结果表明,该算法能够规避多架入侵机,航路平滑可飞,满足实时性要求.; 王宏伦雷玉鹏姚鹏刘畅; 关键词：无人机航路规划

基于视觉的自主空中加油锥套检测与跟踪被引量：5: 2016年; 加油锥套检测与跟踪是无人机自主空中加油得以实现的前提,提出一种锥套检测算法,通过添加人工标记,结合颜色通道相减的方法对锥套标记进行提取,利用最大类间方差法进行阈值分割,结合中值滤波、形态学操作完成锥套检测。对原始图像进行噪声、对比度、亮度干扰,验证检测算法的鲁棒性。在该检测算法的基础上,结合上一帧锥套的图像尺寸和锥套运动速度确定锥套的ROI(region of interest)区域,提出一种锥套跟踪算法,在ROI区域内完成对锥套的检测和定位。仿真实验结果表明,引入跟踪后,帧处理速度大大提高,能很好的满足实时性需求。; 秦勇王宏伦苏子康姚鹏; 关键词：无人机空中加油 ROI

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长江学者和创新团队发展计划(IRT13004)

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