控制理论与应用2024,Vol.41Issue(4) :587-596.DOI:10.7641/CTA.2023.11004

无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

Non-certainty-equivalent adaptive fault-tolerant flight control for unmanned aerial vehicles

季海宁 陈谋 雍可南
控制理论与应用2024,Vol.41Issue(4) :587-596.DOI:10.7641/CTA.2023.11004

无人机非确定性等价自适应容错飞行控制

Non-certainty-equivalent adaptive fault-tolerant flight control for unmanned aerial vehicles

季海宁 1陈谋 1雍可南1
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作者信息

  • 1. 南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 211106
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摘要

针对存在执行器复合故障的固定翼无人机跟踪控制问题,本文提出一种基于非确定性等价原理的自适应容错飞行控制策略.该策略能够有效地估计无人机纵向动态中执行器的失效及漂移故障,保证故障发生后闭环系统的最优性能指标.在自适应容错飞行控制设计中,通过引入辅助系统并动态调节因子,构造非确定性等价原理中偏微分方程的近似解,以简化自适应律设计复杂度.此外,借助Lyapunov稳定性分析方法,证明了在所设计的自适应容错控制器作用下闭环系统的稳定性.最后,仿真验证表明所设计的控制方法能够保证故障无人机的闭环系统性能.

Abstract

Aiming at the tracking control problem of fixed-wing unmanned aerial vehicles(UAV)with actuator compou-nd faults,an adaptive fault-tolerant flight control scheme is developed based on the non-certainty-equivalence(NCE)prin-ciple in this paper.This scheme is capable of estimating the efficiency loss and drift faults in the longitudinal dynamics of UAV and ensuring the optimal index of the closed-loop system after the fault occurring.By introducing the auxiliary syst-em and dynamical scaling factor,the approximating solution is constructed for the partial differential equation of the NCE principle,and the design complexity of the adaptive law is accordingly simplified.In addition,the stability of the closed-loop system is proved by using the Lyapunov stability analysis method.Finally,simulation results show that the developed control scheme can ensure the closed-loop system performance of the UAV even under the fault occurs.

关键词

无人机/非确定性等价/容错控制

Key words

unmanned aerial vehicle/non-certainty-equivalence/fault-tolerant control

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基金项目

国家自然科学基金(U2013201)

国家自然科学基金(61825302)

国家自然科学基金(62103188)

江苏省自然科学基金(BK20210284)

江苏省科技计划港澳台科技合作项目(BZ2023057)

出版年

2024
控制理论与应用
华南理工大学 中国科学院数学与系统科学研究院

控制理论与应用

CSTPCD北大核心
影响因子:1.076
ISSN:1000-8152
参考文献量21
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