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Distributed robust data-driven event-triggered control for QUAVs under stochastic disturbances
1
作者 Chao Song Hao Li +2 位作者 Bo Li Jiacun Wang Chunwei Tian 《Defence Technology(防务技术)》 2026年第1期155-171,共17页
To address the issue of instability or even imbalance in the orientation and attitude control of quadrotor unmanned aerial vehicles(QUAVs)under random disturbances,this paper proposes a distributed antidisturbance dat... To address the issue of instability or even imbalance in the orientation and attitude control of quadrotor unmanned aerial vehicles(QUAVs)under random disturbances,this paper proposes a distributed antidisturbance data-driven event-triggered fusion control method,which achieves efficient fault diagnosis while suppressing random disturbances and mitigating communication conflicts within the QUAV swarm.First,the impact of random disturbances on the UAV swarm is analyzed,and a model for orientation and attitude control of QUAVs under stochastic perturbations is established,with the disturbance gain threshold determined.Second,a fault diagnosis system based on a high-gain observer is designed,constructing a fault gain criterion by integrating orientation and attitude information from QUAVs.Subsequently,a model-free dynamic linearization-based data modeling(MFDLDM)framework is developed using model-free adaptive control,which efficiently fits the nonlinear control model of the QUAV swarm while reducing temporal constraints on control data.On this basis,this paper constructs a distributed data-driven event-triggered controller based on the staggered communication mechanism,which consists of an equivalent QUAV controller and an event-triggered controller,and is able to reduce the communication conflicts while suppressing the influence of random interference.Finally,by incorporating random disturbances into the controller,comparative experiments and physical validations are conducted on the QUAV platforms,fully demonstrating the strong adaptability and robustness of the proposed distributed event-triggered fault-tolerant control system. 展开更多
关键词 DATA-DRIVEN quav control Fault diagnosis Event-triggered Non-conflicting communication
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Edge-based dynamic event-triggered inverse optimal formation control of multiple QUAVs with attitude constraints
2
作者 Yonghua PENG Hui MA +1 位作者 Hongru REN Hongyi LI 《Science China(Technological Sciences)》 2026年第3期201-213,共13页
This paper investigates the edge-based dynamic event-triggered inverse optimal formation control problem for multiple quadrotor unmanned aerial vehicles(QUAVs) with attitude constraints. To improve communication effic... This paper investigates the edge-based dynamic event-triggered inverse optimal formation control problem for multiple quadrotor unmanned aerial vehicles(QUAVs) with attitude constraints. To improve communication efficiency, an edge-based dynamic event-triggered mechanism is developed for the communication channels between neighboring QUAVs. However, this edge-based dynamic event-triggered communication(DETC) may cause discontinuities in the reference signals. To solve this problem, a distributed estimator is designed for each QUAV to obtain the leader's output signals. Considering the safety of QUAV formation flying, this paper designs a function transformation method that constrains the attitudes of the QUAVs to a strictly safe region. Furthermore, an inverse optimal control strategy is proposed based on the backstepping methodology. This scheme not only minimizes the cost function but also avoids the necessity of solving the Hamilton-Jacobi-Bellman equation. Finally, the stability of the QUAV systems is proven using Lyapunov theory, and the effectiveness of the proposed control method is verified through simulation. 展开更多
关键词 edge event-triggered mechanism formation control inverse optimal control quadrotor unmanned aerial vehicles(quavs)
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虚假数据注入攻击下多四旋翼飞行器预设时间一致性跟踪控制 被引量:1
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作者 何星晨 李元新 《控制与决策》 北大核心 2025年第8期2615-2624,共10页
针对遭受虚假数据注入(FDI)攻击的多四旋翼飞行器系统,提出基于命令滤波器的预设时间一致性跟踪控制算法.首先,引入命令滤波器并构建误差补偿机制,在避免“复杂度爆炸”的同时移除滤波误差对系统的影响;其次,基于系统真实状态与受损状... 针对遭受虚假数据注入(FDI)攻击的多四旋翼飞行器系统,提出基于命令滤波器的预设时间一致性跟踪控制算法.首先,引入命令滤波器并构建误差补偿机制,在避免“复杂度爆炸”的同时移除滤波误差对系统的影响;其次,基于系统真实状态与受损状态之间的联系,引入坐标变换并结合Nussbaum函数控制方法和自适应控制技术,解决FDI攻击产生的未知控制增益问题;接着,利用Lyapunov稳定性理论证明系统预设时间稳定、闭环系统中的所有信号有界以及多四旋翼飞行器的一致性跟踪误差在预设时间内收敛到原点附近的邻域内;最后,通过仿真算例验证所提出控制算法的有效性. 展开更多
关键词 多四旋翼飞行器 FDI攻击 预设时间控制 一致性跟踪控制 命令滤波器 NUSSBAUM函数
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未知外部扰动下基于等价输入干扰的四旋翼无人飞行器容错控制方法
4
作者 蔡文静 高利鹏 +2 位作者 于佳平 刘昕 倪杰 《航空科学技术》 2025年第6期78-87,共10页
针对受到执行器故障及未知外部扰动影响的四旋翼无人飞行器(QUAV),本文提出并实施了一种基于等效输入干扰(EID)方法的高效控制策略。鉴于执行器故障可视为控制输入通道中的匹配扰动,将其整合为整体干扰的一部分,并借助EID方法进行应对... 针对受到执行器故障及未知外部扰动影响的四旋翼无人飞行器(QUAV),本文提出并实施了一种基于等效输入干扰(EID)方法的高效控制策略。鉴于执行器故障可视为控制输入通道中的匹配扰动,将其整合为整体干扰的一部分,并借助EID方法进行应对。然后利用了严密线性化技术,以补偿QUAV系统中的非线性特性。为实现跟踪控制,部署了4个比例-积分(PI)控制器。通过巧妙融合EID方法、严密线性化技术与PI控制策略,本文提出了一种基于EID的容错控制方案。此外,根据全局一致最终有界性原理,详细推导了确保系统稳定的充分条件。最终,仿真验证结果彰显了该方法的有效性与实用性。在实际操作环境中,面对诸多不确定性因素,本文所提出的容错控制策略展现出重要的参考价值与广阔的应用前景。 展开更多
关键词 干扰抑制 等价输入干扰 容错控制 轨迹跟踪控制 四旋翼无人飞行器
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四旋翼无人机指定时间预定性能容错控制
5
作者 武晓晶 郭琳哲 甄然 《计算机仿真》 2025年第4期33-40,123,共9页
针对具有执行器故障的四旋翼无人机系统,研究了阻力系数未知的位置子系统的有限时间控制和姿态子系统的指定时间预定性能跟踪控制。首先针对位置子系统,提出了一种新的快速终端滑模控制技术,使其在有限时间内跟踪到期望的位置;然后针对... 针对具有执行器故障的四旋翼无人机系统,研究了阻力系数未知的位置子系统的有限时间控制和姿态子系统的指定时间预定性能跟踪控制。首先针对位置子系统,提出了一种新的快速终端滑模控制技术,使其在有限时间内跟踪到期望的位置;然后针对姿态子系统,提出了一种基于自适应动态表面控制框架的指定时间控制策略,并且构造了一种新的预定性能函数,以实现姿态误差的指定时间收敛,使其满足预定的瞬态和稳态性能要求;于此同时,利用自适应方法对位置和姿态子系统的执行器故障系数和阻力系数进行估计;最后基于Lyapunov理论证明了四旋翼无人机系统的稳定性,并通过数值仿真验证了所提出控制方法的有效性和优越性。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 执行器故障 滑模控制 指定时间预定性能 自适应控制
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基于双向电机驱动的四旋翼机动飞行控制 被引量:2
6
作者 徐力昊 张宇 许斌 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期373-381,共9页
四旋翼飞行器(QUAV)的位置、姿态运动控制效果决定了其机动性。为了克服四旋翼系统欠驱动的缺陷,基于四元数表达对一种双向电机驱动的四旋翼进行了动力学建模,包括双向推力作用情况下的全向运动过程分析,并提出了一种姿态与位置控制器... 四旋翼飞行器(QUAV)的位置、姿态运动控制效果决定了其机动性。为了克服四旋翼系统欠驱动的缺陷,基于四元数表达对一种双向电机驱动的四旋翼进行了动力学建模,包括双向推力作用情况下的全向运动过程分析,并提出了一种姿态与位置控制器及控制分配矩阵设计方法。面向四旋翼的x-z平面模型,设定合理的参数和限制,使用最优规划方法提出了适用于新型四旋翼翻转、竖直等机动飞行轨迹的生成方法,其中推力与转矩都是实现时间最短的最优方案。搭建了包括电子调速器、电机、桨叶、机架等部件在内的详细的仿真试验环境。仿真试验的结果验证了双向电机驱动的四旋翼相比于传统四旋翼,能有效提高姿态跟踪与位置跟踪的精度,提升了飞行器的机动性。 展开更多
关键词 四旋翼飞行器(quav) 四元数建模 机动性 双向推力 轨迹规划
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基于观测器的四旋翼无人机故障诊断方法 被引量:4
7
作者 黄庆南 祁静茹 +1 位作者 戴喜生 吴其琦 《广西科技大学学报》 2023年第2期69-75,83,共8页
针对具有非线性项和扰动的四旋翼无人机系统,提出一种基于中间观测器的故障诊断算法,该算法不仅能估计系统的状态,而且能同时对无人机的执行器故障、传感器故障和扰动进行估计。首先,为便于处理传感器故障和扰动,对原系统进行增广;其次... 针对具有非线性项和扰动的四旋翼无人机系统,提出一种基于中间观测器的故障诊断算法,该算法不仅能估计系统的状态,而且能同时对无人机的执行器故障、传感器故障和扰动进行估计。首先,为便于处理传感器故障和扰动,对原系统进行增广;其次,引入一个中间变量,对增广后的系统设计中间观测器,利用该观测器可以得到系统状态、故障和扰动的估计,并采用Lyapunov函数证明了误差系统一致最终有界;最后,通过四旋翼无人机系统的仿真,验证了本文提出的方法可以很好地估计出故障和扰动。 展开更多
关键词 故障诊断 四旋翼无人机 执行器 传感器 观测器
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Guaranteed Cost Attitude Tracking Control for Uncertain Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle Under Safety Constraints 被引量:1
8
作者 Qian Ma Peng Jin Frank L.Lewis 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2024年第6期1447-1457,共11页
In this paper,guaranteed cost attitude tracking con-trol for uncertain quadrotor unmanned aerial vehicle(QUAV)under safety constraints is studied.First,an augmented system is constructed by the tracking error system a... In this paper,guaranteed cost attitude tracking con-trol for uncertain quadrotor unmanned aerial vehicle(QUAV)under safety constraints is studied.First,an augmented system is constructed by the tracking error system and reference system.This transformation aims to convert the tracking control prob-lem into a stabilization control problem.Then,control barrier function and disturbance attenuation function are designed to characterize the violations of safety constraints and tolerance of uncertain disturbances,and they are incorporated into the reward function as penalty items.Based on the modified reward function,the problem is simplified as the optimal regulation problem of the nominal augmented system,and a new Hamilton-Jacobi-Bellman equation is developed.Finally,critic-only rein-forcement learning algorithm with a concurrent learning tech-nique is employed to solve the Hamilton-Jacobi-Bellman equa-tion and obtain the optimal controller.The proposed algorithm can not only ensure the reward function within an upper bound in the presence of uncertain disturbances,but also enforce safety constraints.The performance of the algorithm is evaluated by the numerical simulation. 展开更多
关键词 Attitude tracking control quadrotor unmanned aerial vehicle(quav) reinforcement learning safety constraints uncertain disturbances.
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分布式自适应事件触发四旋翼无人机编队控制 被引量:6
9
作者 郭洪振 陈谋 +1 位作者 戴永东 王茂飞 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第S02期491-500,共10页
针对存在未知外部干扰与计算资源受限的四旋翼无人机编队系统,提出了一种分布式自适应事件触发编队控制方法。首先,使用参数自适应方法来处理未知外部干扰对编队系统造成的不利影响,且参数自适应律仅在事件触发时刻更新,从而降低计算量... 针对存在未知外部干扰与计算资源受限的四旋翼无人机编队系统,提出了一种分布式自适应事件触发编队控制方法。首先,使用参数自适应方法来处理未知外部干扰对编队系统造成的不利影响,且参数自适应律仅在事件触发时刻更新,从而降低计算量。其次,基于参数自适应方法与事件触发机制设计分布式编队控制器。此外,通过李雅普诺夫方法证明了闭环系统内所有信号的有界性。最后,通过室内实际飞行试验验证了所提算法的有效性与可靠性。 展开更多
关键词 分布式编队控制 事件触发 四旋翼无人机 参数自适应 李雅普诺夫方法
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基于NMPC-PID的无人机控制算法 被引量:1
10
作者 谭惠东 李天松 +2 位作者 莫雄 卢艳菊 严一超 《桂林电子科技大学学报》 2020年第3期195-200,共6页
针对无人机控制性能易受风扰影响的情况,设计了一种非线性预测PID控制算法。建立无人机高度与姿态角直接受PID参数控制的动力学模型,采用NNI与NNC复合神经网络对下一时刻无人机所受荷载进行非线性预测,并设计了NMPC-PID控制算法。仿真... 针对无人机控制性能易受风扰影响的情况,设计了一种非线性预测PID控制算法。建立无人机高度与姿态角直接受PID参数控制的动力学模型,采用NNI与NNC复合神经网络对下一时刻无人机所受荷载进行非线性预测,并设计了NMPC-PID控制算法。仿真结果表明,相较于传统PID控制算法,NMPC-PID控制算法在鲁棒性、抗干扰能力方面具有明显优势。实际风扰情况下无人机悬停实验数据分析表明,采用NMPC-PID控制算法的无人机具有能够适应风速变化的特点。 展开更多
关键词 非线性预测控制 动态递归神经元 四旋翼无人机
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基于双闭环模糊PID四旋翼无人机姿态控制 被引量:5
11
作者 冯立杰 邓坤鹏 张虎翼 《计算机仿真》 2024年第8期19-24,373,共7页
因四旋翼无人机(QUAV)采用的是一种欠驱动、非线性的控制系统,飞行过程中极易受到外部因素干扰,对姿态控制带来了巨大的挑战。基于此构建了一种基于双闭环模糊PID控制算法的四旋翼无人机姿态控制方法。首先建立了四旋翼无人机飞控系统... 因四旋翼无人机(QUAV)采用的是一种欠驱动、非线性的控制系统,飞行过程中极易受到外部因素干扰,对姿态控制带来了巨大的挑战。基于此构建了一种基于双闭环模糊PID控制算法的四旋翼无人机姿态控制方法。首先建立了四旋翼无人机飞控系统位置模型和姿态模型,其次在PID控制的基础上设计了双闭环模糊PID控制器,最后进行Simulink仿真验证其可行性。结果表明,新设计的姿态控制系统具有较好的快速性、稳定性和鲁棒性,为四旋翼无人机姿态控制提供了一种很好的研究思路。 展开更多
关键词 四旋翼无人机 姿态控制 模糊控制 鲁棒性
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基于期望动态的无人机悬停飞行PD控制器设计
12
作者 郭金虎 谭功全 李艾棠 《宜宾学院学报》 2017年第12期38-41,共4页
提出一种基于期望动态的PD控制器设计方法用于四旋翼无人机的悬停飞行控制.四旋翼无人机的动力学模型在悬停飞行时的线性模型可以简化为一个二重积分过程.在考虑传感器滞后或处理器延迟情况下,基于期望闭环动态特征方程对PD控制器进行... 提出一种基于期望动态的PD控制器设计方法用于四旋翼无人机的悬停飞行控制.四旋翼无人机的动力学模型在悬停飞行时的线性模型可以简化为一个二重积分过程.在考虑传感器滞后或处理器延迟情况下,基于期望闭环动态特征方程对PD控制器进行参数整定,同时,对输入饱和引起响应超调的现象进行了仿真分析.仿真表明,所提出的PD控制方法对四旋翼无人机悬停飞行是有效的,其飞行动态响应具有满意性能. 展开更多
关键词 四旋翼无人机 比例微分控制器 悬停飞行 期望动态 输入饱和
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Fixed-Time Controller Design for a Quadrotor UAV with Asymmetric Output Error Constraints 被引量:4
13
作者 WANG Fang MA Zhigang +3 位作者 ZHOU Chao ZHANG Zheng HUA Changchun ZONG Qun 《Journal of Systems Science & Complexity》 SCIE EI CSCD 2023年第5期1981-2000,共20页
In this article,a fixed-time tracking control strategy is proposed for a quadrotor UAV(QUAV)with external disturbance and asymmetric output error constraints.Firstly,a dynamic model of the QUAV is transformed into a s... In this article,a fixed-time tracking control strategy is proposed for a quadrotor UAV(QUAV)with external disturbance and asymmetric output error constraints.Firstly,a dynamic model of the QUAV is transformed into a strict feedback system with external disturbance,and it is decoupled into attitude subsystem and position subsystem for simplifying controller design.Secondly,an asymmetric tangent barrier Lyapunov function(ATBLF)is applied to solve the tracking error constraints problem,and a fixed-time control law is designed.Meanwhile,a fixed-time disturbance observer(FTDO)is designed to cope with external disturbance.Then,it is proved that the designed controller guarantees the tracking error remains within the constraint ranges and converges to zero in fixed-time by Lyapunov stability theory.Finally,the effectiveness of the proposed control scheme is verified by numerical simulations. 展开更多
关键词 Asymmetric tangent barrier Lyapunov function(ATBLF) fixed-time disturbance observer(FTDO) output error constraints quadrotor UAV(quav)
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多四旋翼无人机分布式固定时间自适应编队控制 被引量:10
14
作者 徐辉 崔国增 李泽 《系统科学与数学》 CSCD 北大核心 2022年第9期2245-2257,共13页
针对具有外部扰动和参数不确定性的多四旋翼无人机,提出了基于指令滤波反步方法的分布式固定时间自适应编队控制算法.通过引入固定时间指令滤波及构建非光滑误差补偿机制,有效地避免了“复杂性爆炸”问题并在固定时间内移除了滤波误差... 针对具有外部扰动和参数不确定性的多四旋翼无人机,提出了基于指令滤波反步方法的分布式固定时间自适应编队控制算法.通过引入固定时间指令滤波及构建非光滑误差补偿机制,有效地避免了“复杂性爆炸”问题并在固定时间内移除了滤波误差的影响.此外,通过设计分段函数,巧妙地解决了分布式控制器中存在的奇异性问题.利用固定时间稳定性理论,严格证明了闭环系统是实际固定时间稳定的,且闭环系统中所有信号有界,同时编队跟踪误差在固定时间内收敛到原点附近充分小的邻域内.最后,仿真算例验证了所提出的分布式固定时间控制策略的有效性. 展开更多
关键词 多四旋翼无人机 固定时间控制 自适应控制 分布式编队控制
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