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基于超扭转算法的四旋翼飞机轨迹跟踪控制实时改进
摘要：本文介绍了微型自主四旋翼直升机系统 (X4 原型) 的轨迹跟踪控制的开发和实验验证，该系统使用基于二阶滑模技术的稳健算法控制，也称为户外环境中的超扭转算法。这种非线性控制策略保证在存在外部干扰或模型不确定性影响我们的四旋翼直升机的适当行为的情况下，在有限时间内收敛到所需路径 r (t)。为此，选择多项式平滑曲线轨迹作为参考信号，其中函数的相应导数是有界的。此外，我们考虑了作用于飞行器的阵风干扰，并在先进的自动驾驶系统中预先编程了参考信号。提出的解决方案包括使用 GPS 测量实施基于超扭转控制的实时控制律，以获得 xy 平面中的位置以实现所需的轨迹。给出了轨迹跟踪控制的仿真和实验结果，以证明所提出的非线性控制器在有风条件下的性能和鲁棒性。
未来旋翼飞机人机交互的系统理论要求定义
未来的旋翼飞机设计非常复杂，可选择载人，并包括先进的团队概念，这些概念会产生未知的人机交互安全风险。系统理论过程分析 (STPA) 可以分析这些复杂系统的危险。本文介绍了如何在未来直升机的早期概念开发中应用 STPA，以防止不可接受的损失。该系统被建模为分层控制结构，以捕获组件之间的交互，包括人和软件控制器。从这些关系中识别出不安全的控制操作，并用于系统地得出由系统组件之间的危险交互和组件故障引起的因果场景。然后生成系统要求以缓解这些情况。重点介绍了解决人为因素相关问题的场景和要求子集。尽早发现这些问题有助于设计人员 (1) 完善操作和控制职责的概念，以及 (2) 有效地将安全性设计到系统中。
固定翼和多旋翼飞机的稳健视觉惯性导航与控制
以固定翼飞机为例，开发了一种基于矢量场输入的状态相关 LQR 控制器，以及从误差状态和李群理论得出的 EKF，以估计飞机状态和惯性风速。通过蒙特卡罗模拟证明了这种控制器/估计器组合的稳健性。接下来，通过使用阻力系数、部分更新和关键帧重置增强滤波器，提高了多旋翼飞行器最先进的 EKF 的准确性、稳健性和一致性。蒙特卡罗模拟证明了增强滤波器的准确性和一致性得到了提高。最后，推导出使用图像坐标的视觉惯性 EKF，以及用于估计精确视觉惯性估计算法所需变换的离线校准工具。通过数值模拟还表明基于图像的 EKF 和校准器在各种条件下都具有稳健性。