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书名:《苏怡陆卿》陆卿苏怡
主角:《苏怡陆卿》陆卿苏怡
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周闵生敲了敲老板椅的扶手。
我小心翼翼的挪了过去,生怕他也给我一拳。
周闵生的脸色比我想象中要好一些,只是没什么表情,没有横眉立目。
我对着他咧开一个略带讨好的微笑,脑子里在想怎么解释拉黑他的托词。
周闵生站起身,伸手。
我下意识的想抱住头。
周闵生的手却是揪住我的脸。
“你今天看起来挺素啊,崔喜。”
我今天确实是纯素颜。
我皮肤白,有客人说过我的皮肤像是上等羊脂白玉强光照射过来的时候,几近透明。
周闵生下手很重,我被拧的生理性的泪水立马蓄满眼眶。
一眨眼,眼泪就接连滴落在周闵生的手指上。
“你倒是哪都湿的挺快的。”
周闵生有点错愕的甩开手。
“给老子解释下什么叫做,巨大无比,承受不来。”
这是我昨天从周闵生别墅离开时候用口红,在周闵生家桌子上留下的话。后面还有一句万望放过,希望能求他高台贵手放了我这只小泥鳅。
我嗫嚅着一时不知道什么回来。
周闵生不太满意,另一只手又狠狠的掐住了我的脸。
我也被掐出了点火气,声音有点高。
“周少,咱们睡也睡过了。我话也跟您说得很清楚了,您能高看我一眼我很荣幸。但是,云溪那么大个前车之鉴在那里,我实在没有胆子跟着您。求您给条生路吧!”
周闵生估计这辈子都没想道会被个小姐,一而再再而三的拒绝。
他腮帮子咬的很紧,屁股靠在老板桌似乎很无语的低着头。
不知道还能说些什么,我对着他鞠了个躬转身想走
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四旋翼无人飞行器的输出反馈自适应超扭曲滑动模式控制
https://t.cn/A6TGx1T6
#四旋翼##无人机##高阶滑模控制##超螺旋观测器#

编辑荐语
本期将给大家分享的论文是“Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs(四旋翼无人飞行器的输出反馈自适应超扭曲滑动模式控制)”。如您对本期相关内容有好的理解与建议,欢迎评论区留言。
四旋翼无人机是由四个旋翼产生升力的多轴飞行器,具有飞行稳定、操控灵活、可在户内和户外使用等特点。相比直升机,它的优点主要在于:旋翼角度固定、结构简单、体积较小、重量较轻、易于携带。这使得四旋翼无人机广泛应用于航拍电影取景、实时监控、地形勘探等诸多场景。这些优点激起了广大学者研究四旋翼无人机的姿态控制理论及其应用的兴趣。现有的控制算法包括PID、LQR、滑模控制、反步法控制、神经网络等方法。但算法单一的控制器存在自身的缺陷,难以满足非线性、欠驱动、强耦合的四旋翼系统。因此,本文将结合自适应与滑模控制机制,进一步讨论四旋翼无人机的姿态控制问题。

Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs
四旋翼无人飞行器的输出反馈自适应超扭曲滑动模式控制
Oscar Salas-Peña 1 , Jesus DeLeón-Morales 2,Susana V. Gutiérrez-Martínez
机构:1.南特中央学院, 南特, 法国;2.新莱昂自治大学机械与电气工程学院,圣尼古拉斯德洛斯加尔萨,墨西哥
引用:Salas-Peña, O., DeLeón-Morales, J. & Gutiérrez-Martínez, S.V. Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs. Control Theory Technol. 22, 92–105 (2024). https://t.cn/A6YNuWiL
全文链接:https://t.cn/A6TGx1Ta‍

摘要
本文提出了一种具有自适应增益的滑模控制与高阶滑模观测器相结合的方法,以解决四旋翼无人机在存在有界外部干扰和参数不确定性的情况下的跟踪问题。设计高阶滑模观测器以估计线速度和角速度,实现所提出的控制方法。此外,引入Lyapunov函数来设计具有自适应律的控制器,给出了有限时间收敛到零的一个充分条件。较先前工作,本文所提出方法的一个重要优点是:控制增益仅根据一个自适应参数进行参数化,可通过避免增益过高估计来减少控制器工作量。四旋翼飞行器跟踪控制的数值模拟显示了所提出的自适应控制-观测器方案的性能。

引言
近年来,四旋翼无人机越来越多地应用于从监测到纠正行动等各种任务中。高机动性、垂直起降、悬停和机械简易性使其在各种无人飞行器中脱颖而出。然而,为了让四旋翼飞行器完成指定任务,必须确保其稳定性,不受外部干扰和参数不确定性的影响;因此需要稳健的飞行控制器来克服这些缺点,并确保精确的轨迹跟踪。

考虑到四旋翼飞行器被描述为一个非线性、欠驱动和强耦合系统,人们提出了几种策略来处理跟踪控制问题,其中反馈线性化控制是非线性控制设计中最常用的方法。而其主要缺点是需要精确了解非线性项。基于无源性、反步法、H∞ 和模糊逻辑技术的方法也被应用于四旋翼飞行器控制。然而,在这些方法中,需要精确了解四旋翼飞行器的参数,这限制了它们的实现。

另一方面,基于滑模的控制设计是处理外部干扰和参数不确定性的稳健方法。然而,这类控制器的一个重要缺点是存在颤振现象(不理想的高频振荡),这给实际应用带来了困难。为了减少颤振,人们开发了低通滤波技术,但这又增加了设置的复杂性。
为克服这一困难,一种有趣的替代方法是使用高阶滑模控制方法。在高阶滑模控制中,最常用的是超螺旋算法,该算法因其有限时间收敛性、鲁棒性和实施简便而引人注目。然而,在实施和调整这类控制时,需要了解不确定性的边界,因此控制增益会被高估,增加了控制难度和颤振现象。

为了解决这一问题,学者们又提出了几种自适应滑模控制方法。然而,这些控制策略需要调整大量增益,且缺乏系统的调整方法。此外,这些控制器需要完全了解系统的状态,而这在实践中有难度。为了克服这一缺点,有一种方法是使用状态观测器。惯性测量单元(IMU)显然可以提供线速度和角速度,它是一种商用现成的集成传感器,包括正交加速度计和速率陀螺仪,但容易产生噪声、漂移和偏差,因此不准确。这意味着所设计控制器的有效性能和准确性始终取决于相应测量单元的可靠性,因此原始测量几乎不被使用。尽管如此,观测器的滤波特性对于平滑噪声测量还是很有用的,这一点已在改进受噪声干扰的 IMU 测量时得到证实。此外,在航空航天应用中,传感器冗余可提供高度可靠和准确的信息,并可在传感器发生故障时重新配置传感器网络。因此,冗余是设计容错导航系统的基本要素,可确保惯性导航系统的可靠性和完整性。

基于滑模技术的观测器因其有限时间收敛性和对不确定性的不敏感性而被广泛使用,例如超螺旋观测器(STO)和高阶滑模观测器(HOSMO)。
另一方面,在使用滑模技术进行控制器和观测器设计时,必须对有限时间收敛性进行分析。学者曾经提出了对滑动模态有限时间收敛性的分析,并引入了强 Lyapunov 函数。此外,还利用该 Lyapunov 函数估算了收敛时间。同样,HOSMO也有令人满意的结果。然而,由于滑动变量动力学中出现不连续的不可微项,那么基于 STO 的不连续超螺旋控制器(STC)无法确保滑动条件,即 s =\dot{s}= 0。例如,曾有学者提出了一种基于HOSMO方法的STC来实现二阶滑模,并用于无人机的高度控制。
本文的主要贡献在于设计了一种具有自适应增益的自适应超螺旋控制,并将其与高阶滑模观测器相结合,解决了无人机在有界和匹配参数不确定性及干扰下的跟踪问题。更确切地说,高阶滑模观测器只需输出信息便可重构不可测的状态信息,并补偿不确定性和扰动。此外,所提方法的主要优点是控制器和观测器的增益整定方式简单,便于实施,同时避免过高估计控制和观测器的增益,从而减少颤振的影响。

结论
本文提出了一种自适应滑模控制器,以驱动6-DOF四旋翼无人机,同时利用HOSMO估计不可测状态。基于 Lyapunov方法进行了稳定性分析,给出了确保算法有限时间收敛的充分条件。仿真结果表明了所提出的控制器-观测器方案的有效性。此外,还将提出的方法与自适应终端滑模方案进行了比较。虽然两种方案在外部干扰和噪声下都具有鲁棒性,但本文的控制方案需要更少的控制工作量。值得一提的是,本文自适应增益只需整定两个参数,观测器增益只需整定一个参数。

本文引文信息
Salas-Peña, O., DeLeón-Morales, J. & Gutiérrez-Martínez, S.V. Output feedback adaptive super twisting sliding mode control for quadrotor UAVs. Control Theory Technol. 22, 92–105 (2024). https://t.cn/A6YNuWiL

作者介绍
Oscar Salas-Peña, 2013 年获得墨西哥新莱昂州自治大学电气工程博士学位。他目前是法国南特中央理工大学 LS2N 实验室的教师。他的研究兴趣包括控制理论应用、非线性观测器、可再生能源、机电系统和无人驾驶飞行器。

Jesus DeLeón-Morales, 1992 年获得法国维勒班讷克劳德-伯纳德-里昂第一大学自动控制博士学位。1993 年以来,他一直担任墨西哥圣尼古拉斯德洛斯加尔萨新莱昂汽车大学电气工程系的教授。目前,他的研究兴趣是控制理论、电机、电动汽车、可再生能源、非线性观测器的应用。

Susana V Gutiérrez-Martinez, 2021 年获得墨西哥新莱昂州自治大学电气工程博士学位,研究方向为自动控制。2022 年至 2023年,她在墨西哥国立技术大学拉古纳校区移动机器人实验室担任博士后研究员。自2020年1月起,她担任墨西哥新莱昂州自治大学教授。她是墨西哥国家研究员系统(一级)的成员。她的研究兴趣包括应用非线性系统、非线性观测器设计、机电一体化过程的建模与控制、无人机、地面车辆控制和浮动风力涡轮机。

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