基于增量非线性动态逆的倾转旋翼eVTOL单旋翼失效控制

1

作者 孙爽 董华龙 +2 位作者 赵自庆 李文彭 王宇峰 《推进技术》 北大核心 2025年第9期249-262,共14页

针对电动垂直起降(eVTOL)飞行器在遭遇阵风扰动和单旋翼失效时的稳定性控制问题,本文采用MATLAB/Simulink建模仿真软件搭建eVTOL飞行器模型,基于增量非线性动态逆(INDI)的非线性控制方法设计倾转旋翼eVTOL的飞行控制律,设计了位置内环... 针对电动垂直起降(eVTOL)飞行器在遭遇阵风扰动和单旋翼失效时的稳定性控制问题,本文采用MATLAB/Simulink建模仿真软件搭建eVTOL飞行器模型,基于增量非线性动态逆(INDI)的非线性控制方法设计倾转旋翼eVTOL的飞行控制律,设计了位置内环和姿态外环的级联控制器,并结合最小二乘算法实现了拉力的控制分配。针对悬停状态下飞行器遭遇阵风干扰和单旋翼失效的稳定控制,提出了“倾转+变桨距”的飞行控制策略。研究结果表明:INDI控制器使飞行器在8.75 m/s的垂向阵风扰动下的高度位置变化不超过0.8 m,在1号和6号旋翼失效后通过调控旋翼转速使飞行器恢复稳定,验证了INDI控制器的抗干扰性能和鲁棒性;当2号旋翼失效且IDNI无法控制时,“倾转+变桨距”策略成功使飞行器恢复稳定。 展开更多

关键词 eVTOL 倾转旋翼 阵风扰动 旋翼失效 增量非线性动态逆

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基于增量非线性动态逆的导弹液压起竖系统控制

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作者 马嘉华 王锦源 +6 位作者 姚志凯 邓文翔 姚建勇 周正寿 周忠华 哈良 朱威霖 《弹箭与制导学报》 北大核心 2025年第2期193-198,207,共7页

针对导弹液压起竖系统非线性动力学建模困难,且存在机械与液压动态不确定性的现实问题,提出一种增量非线性动态逆控制方法。该方法弱化了对复杂液压非线性模型的依赖,具备良好的鲁棒性,且控制器设计简洁高效、结构清晰。首先建立阀控缸... 针对导弹液压起竖系统非线性动力学建模困难,且存在机械与液压动态不确定性的现实问题,提出一种增量非线性动态逆控制方法。该方法弱化了对复杂液压非线性模型的依赖,具备良好的鲁棒性,且控制器设计简洁高效、结构清晰。首先建立阀控缸驱动下的系统动力学模型,并通过反步法构造液压通道的虚拟控制律;随后利用一阶泰勒展开对液压非线性动态进行解耦,设计增量非线性动态逆控制器跟踪虚拟控制律,实现导弹起竖轨迹的精确控制。通过Lyapunov方法证明了对比仿真闭环系统的稳定性及所提控制器的有效性。 展开更多

关键词 增量非线性动态逆控制 导弹液压起竖系统 阀控缸系统 液压非线性动态

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基于增量非线性动态逆的导弹解耦控制设计

3

作者 陈星阳 赵霞 +1 位作者 周小志 李良 《弹箭与制导学报》 北大核心 2024年第2期76-81,共6页

针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合... 针对导弹大迎角机动存在强耦合动力学特点,提出了一种基于增量非线性动态逆的解耦控制方法,将自动驾驶仪分为高带宽的快变角速率内回路和低带宽的慢变角回路控制,用部分逆近似求解的方法分别设计了增量形式的动态逆控制律对消不同的耦合项,实现控制解耦的目的。典型工况数字仿真结果表明,所设计的导弹增量非线性动态逆控制解耦律大大改善了强耦合动力学下的稳定控制性能。相比传统PID控制,它能够完全消除过载响应的低频振荡和超调量,同时还使得滚转角响应能够准确跟踪指令。 展开更多

关键词 自动驾驶仪 耦合 增量非线性动态逆 解耦控制

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增量非线性动态逆小型无人机速度控制 被引量：5

4

作者 郑积仕 蒋新华 陈兴武 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2013年第9期1923-1927,共5页

针对小型无人机速度控制精度差的问题,提出一种基于增量非线性动态逆的速度控制方法。首先,根据无人机运动方程和推力模型建立速度控制模型;其次,应用非线性动态逆方法获得油门控制指令与速度的直接关系式;最后,再重写无人机运动方程为... 针对小型无人机速度控制精度差的问题,提出一种基于增量非线性动态逆的速度控制方法。首先,根据无人机运动方程和推力模型建立速度控制模型;其次,应用非线性动态逆方法获得油门控制指令与速度的直接关系式;最后,再重写无人机运动方程为增量形式,得到油门控制指令增量与加速度的控制关系式,并依此设计了速度控制律。为某飞机构建推力模型和增量动态逆速度控制器,飞行试验验证了所提方法的有效性。 展开更多

关键词 飞行器控制、导航技术 速度控制 增量非线性动态逆 小型无人机 推力模型

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基于增量非线性动态逆的液压执行器力控制策略研究 被引量：2

5

作者 解占新 闫政 《液压与气动》 北大核心 2022年第7期74-82,共9页

针对液压执行器力控跟踪要求高度的非线性及不确定性的动力学模型问题,导致液压驱动系统高精度运动控制存在困难,提出采用一种基于传感器的增量式非线性动态逆控制方法来解决液压执行器的力跟踪问题。建立液压执行器动力学模型,理论分析... 针对液压执行器力控跟踪要求高度的非线性及不确定性的动力学模型问题,导致液压驱动系统高精度运动控制存在困难,提出采用一种基于传感器的增量式非线性动态逆控制方法来解决液压执行器的力跟踪问题。建立液压执行器动力学模型,理论分析了INDI控制策略在力控制模型上具有稳定性好、抗干扰能力强、系统标定范围大的优势。利用该控制器压力差导数作为反馈,不依赖于精确的液压执行器数学模型和参数标定,对模型不确定性具有固有的鲁棒性。仿真试验和理论分析表明:采用高频率采样的INDI控制器力跟踪误差始终稳定在6%左右;最大跟踪误差也不超过8%;对参数不确定性具有极强的鲁棒性。 展开更多

关键词 液压执行器 控制策略 增量非线性动态逆 模型不确定

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速度分段的增量动态逆小型无人机控制律设计

6

作者 郑积仕 蒋新华 陈兴武 《计算机工程与应用》 CSCD 2012年第25期15-19,共5页

针对小型无人机模型参数精度不高的问题,提出一种速度分段的增量非线性动态逆姿态控制方法。该方法根据无人机力矩方程,用非线性动态逆构建出角加速度为隐式输入,舵面偏转量为输出的关系式;运用小扰动原理计算角加速度,并通过在不同的... 针对小型无人机模型参数精度不高的问题,提出一种速度分段的增量非线性动态逆姿态控制方法。该方法根据无人机力矩方程,用非线性动态逆构建出角加速度为隐式输入,舵面偏转量为输出的关系式;运用小扰动原理计算角加速度,并通过在不同的速度区间内计算机体力矩对角速度的偏导,并将该结果作为角加速度修正因子的方法,得到舵面偏转增量与角加速度的直接关系式;基于新发现的关系式构建了内、外环控制律,角加速度作为反馈降低了对模型参数的敏感性,修正因子的引入提高了控制精度。仿真实验表明了该方法的有效性。 展开更多

关键词 增量非线性动态逆 小型无人机 速度分段 Aerosim

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基于增量动态逆的倾转旋翼飞行器飞行控制律设计 被引量：6

7

作者 郑琛 唐鹏 李秋实 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期2457-2466,共10页

针对非线性动态逆控制对模型精确度要求高、鲁棒性差的特点,设计了基于增量非线性动态逆方法的倾转旋翼飞行器全模式飞行控制律。在倾转旋翼飞行器动力学模型的基础上推导出增量动态逆控制律,针对倾转旋翼飞行器操纵存在冗余的特点,在... 针对非线性动态逆控制对模型精确度要求高、鲁棒性差的特点,设计了基于增量非线性动态逆方法的倾转旋翼飞行器全模式飞行控制律。在倾转旋翼飞行器动力学模型的基础上推导出增量动态逆控制律,针对倾转旋翼飞行器操纵存在冗余的特点,在增量动态逆算法的基础上引入舵面控制分配算法;提出一种实时解算控制效率B阵的方法,并设计了一种能够降低对精确数学模型依赖的全模式控制律。通过仿真验证了所提算法对倾转旋翼飞行器控制的有效性。 展开更多

关键词 倾转旋翼飞行器 非线性增量动态逆 飞行控制律 仿真验证

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基于动态逆控制的高超声速飞行器飞/发一体化控制方法研究 被引量：4

8

作者 闫斌斌 林泽淮 +1 位作者 刘双喜 闫杰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期878-886,共9页

为了减小高超声速飞行器飞/发耦合效应对自身的影响,开展了高超声速飞行器飞/发一体化控制研究。建立面向控制的高超声速飞行器飞/发一体化数学模型。分别采用非线性动态逆控制与增量非线性动态逆控制方法,设计了姿态慢变外回路、角速... 为了减小高超声速飞行器飞/发耦合效应对自身的影响,开展了高超声速飞行器飞/发一体化控制研究。建立面向控制的高超声速飞行器飞/发一体化数学模型。分别采用非线性动态逆控制与增量非线性动态逆控制方法,设计了姿态慢变外回路、角速率快变内回路控制算法。基于包含高超声速飞行器飞/发耦合特性的在线本体模型,以操纵交联的形式设计了高超声速飞行器姿态与发动机的耦合控制方案。在非线性动态逆控制器中引入参考模型、误差控制、在线估计等模块,保证了高超声速飞行器的飞行品质和鲁棒性要求。仿真实验结果表明,采用了非线性动态逆控制设计的飞/发耦合控制方案达到了预期的控制性能。 展开更多

关键词 高超声速飞行器 飞/发一体化 非线性动态逆 增量非线性动态逆

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四旋翼无人机INDI容错控制稳定性分析与仿真 被引量：1

9

作者 吴金遥 赵金星 +1 位作者 李晨 吴文浩 《农业装备与车辆工程》 2025年第2期107-112,共6页

四旋翼无人机的执行机构一旦发生故障就易发生坠毁,导致重大经济损失并对地面行人的安全构成严重威胁。为此,应用增量式非线性动态逆INDI实现无人机的容错控制,分析INDI控制器在空气动力学扰动下的稳定性,并通过搭建仿真平台对控制器的... 四旋翼无人机的执行机构一旦发生故障就易发生坠毁,导致重大经济损失并对地面行人的安全构成严重威胁。为此,应用增量式非线性动态逆INDI实现无人机的容错控制,分析INDI控制器在空气动力学扰动下的稳定性,并通过搭建仿真平台对控制器的性能进行半物理仿真测试。结果表明,INDI容错控制在执行器故障和有空气动力学扰动情况下仍然能够悬停和跟踪期望轨迹,从而避免坠毁和人员伤亡。基于INDI的无人机容错控制和稳定性分析,以及所构建的无人机控制半物理仿真,可以为无人机控制算法研究和验证方法提供参考。 展开更多

关键词 四旋翼无人机 增量非线性动态逆 空气动力学扰动 稳定性分析 半物理仿真

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导引头量测故障下的增量式三维制导律设计 被引量：3

10

作者 方艺忠 韩拓 胡庆雷 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期508-517,共10页

考虑导引头量测故障下拦截机动目标的末制导问题,以提高制导系统的鲁棒性、降低制导增益、减小系统残差、避免视线角速率剧烈振荡/发散为目的,基于增量式控制方法设计了一种具有鲁棒增强特性的三维末制导律。首先,将末制导问题转化为零... 考虑导引头量测故障下拦截机动目标的末制导问题,以提高制导系统的鲁棒性、降低制导增益、减小系统残差、避免视线角速率剧烈振荡/发散为目的,基于增量式控制方法设计了一种具有鲁棒增强特性的三维末制导律。首先,将末制导问题转化为零化视线角速率的控制问题。其次,通过弹目相对距离及视线角速率定义辅助变量,给出传统的滑模制导律作为设计参考。然后,基于增量式非线性动态逆滑模控制方法,充分挖掘视线角加速度估计信息及上一采样时刻的制导指令,得到增量式三维鲁棒制导律。最后,在目标机动及导引头量测故障下,分析并比较了两种制导律所产生的系统残差。理论分析及多工况仿真结果表明,增量式制导律不仅对目标机动及大范围失效的导引头量测故障具有强鲁棒性,而且所需制导增益也较小,同时避免了末端视线角速率严重发散的问题。 展开更多

关键词 三维制导律 机动目标 增量式非线性动态逆 鲁棒性 量测故障

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基于终端滑模的F-16固定翼飞行器有限时间编队控制

11

作者 辛颖 姜斌 +2 位作者 冒泽慧 吕迅竑 马亚杰 《控制工程》 CSCD 北大核心 2024年第6期973-980,共8页

以F-16固定翼飞行器为研究对象,采用终端滑模控制方法,实现了六自由度固定翼飞行器的有限时间编队控制。首先,根据奇异摄动理论,将固定翼飞行器十二阶微分运动方程按照响应速度快慢分为外环位置编队控制系统和内环姿态跟踪控制系统。外... 以F-16固定翼飞行器为研究对象,采用终端滑模控制方法,实现了六自由度固定翼飞行器的有限时间编队控制。首先,根据奇异摄动理论,将固定翼飞行器十二阶微分运动方程按照响应速度快慢分为外环位置编队控制系统和内环姿态跟踪控制系统。外环应用有限时间稳定性理论和非线性滑模控制方法设计了分布式控制器,实现多固定翼飞行器系统的有限时间编队控制。然后,将外环分布式控制器产生的控制信号转换为内环单架固定翼飞行器的姿态跟踪参考信号,内环应用非线性动态逆(nonlinear dynamic inversion,NDI)控制和增量非线性动态逆(incremental nonlinear dynamic inversion,INDI)控制在可能存在执行器故障的情况下实现单架固定翼飞行器姿态的跟踪控制。最后,通过仿真实例验证了该控制方法的有效性。 展开更多

关键词 有限时间稳定 固定翼编队控制 滑模控制 增量非线性动态逆

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无人机高机动抗扰轨迹跟踪控制方法 被引量：3

12

作者 王英勋 宋欣屿 +1 位作者 赵江 蔡志浩 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期1806-1817,共12页

针对传统的四旋翼控制方法在高机动飞行时控制效果不佳,难以跟踪机动性较强的轨迹且控制精度较低的问题,设计了基于增量非线性动态逆控制(INDI)方法和微分平坦前馈的轨迹跟踪控制器,不仅提高了高机动轨迹的跟踪精度,也增强了抗扰能力。... 针对传统的四旋翼控制方法在高机动飞行时控制效果不佳,难以跟踪机动性较强的轨迹且控制精度较低的问题,设计了基于增量非线性动态逆控制(INDI)方法和微分平坦前馈的轨迹跟踪控制器,不仅提高了高机动轨迹的跟踪精度,也增强了抗扰能力。由于角加速度无法直接获得,该方法对其非常敏感,设计了多种角加速度估计方法进行对比,通过飞行试验选择了效果最佳的互补滤波方法。试验结果证明:设计的基于互补滤波的前馈INDI方法可以控制飞行器快速、准确地跟踪高机动轨迹,且具有较强的抗扰能力。 展开更多

关键词 四旋翼 轨迹跟踪 增量非线性动态逆控制(INDI) 抗扰控制 角加速度估计

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无人直升机航路跟踪控制系统设计与仿真 被引量：1

13

作者 孙岭 吴超 +1 位作者 周伟 王珂 《现代防御技术》 2019年第5期71-79,共9页

针对无人直升机耦合强和抗扰能力差的特点,提出了一种基于增量非线性动态逆和比例积分(PI)控制器的混合航路跟踪控制系统。首先,建立无人直升机的飞行动力学模型;其次,对增量非线性动态逆控制原理进行说明;随后,推导增量非线动态逆控制... 针对无人直升机耦合强和抗扰能力差的特点,提出了一种基于增量非线性动态逆和比例积分(PI)控制器的混合航路跟踪控制系统。首先,建立无人直升机的飞行动力学模型;其次,对增量非线性动态逆控制原理进行说明;随后,推导增量非线动态逆控制律计算式,并构建角速率、姿态以及高度控制回路;然后,采用PI控制器搭建航迹控制和速度控制回路;最后,通过4种工况下的飞行仿真验证了控制系统的鲁棒性和正确性。 展开更多

关键词 增量非线性动态逆 比例积分 无人直升机 航路跟踪 鲁棒性 抗扰

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变旋翼转速飞行控制对涡轴发动机输出响应的影响 被引量：2

14

作者 颜秋英 杜紫岩 +1 位作者 周秀清 黄开明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期683-691,共9页

为探明变旋翼转速条件下飞行控制对涡轴发动机输出响应的影响,在变旋翼转速直升机/传动机构/发动机综合仿真平台的基础上,考虑系统不确定因素的存在,提出并设计了增量式非线性动态逆飞行控制器,提高对系统的控制效果,控制器主要包括角... 为探明变旋翼转速条件下飞行控制对涡轴发动机输出响应的影响,在变旋翼转速直升机/传动机构/发动机综合仿真平台的基础上,考虑系统不确定因素的存在,提出并设计了增量式非线性动态逆飞行控制器,提高对系统的控制效果,控制器主要包括角速率控制器、姿态角控制器和航迹控制器;由于执行机构的物理限制,引入伪控制模块,以提高系统的稳定性。典型飞行任务下的仿真结果表明:相对于增量式非线性动态逆飞行控制器而言,伪控制模块不仅可显著提升飞行控制效果,使爬升速度的超调量减小50%以上,还可有效减小动力涡轮转速的超调量9.0%左右,有助于增强发动机的动态控制品质。 展开更多

关键词 涡轴发动机 变旋翼转速 非线性增量式动态逆 伪控制模块 发动机输出响应

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