引用本文:周洪波,裴海龙,贺跃帮,孙太任.状态受限的小型无人直升机轨迹跟踪控制[J].控制理论与应用,2012,29(6):778~784.[点击复制]
ZHOU Hong-bo,PEI Hai-long,HE Yue-bang,SUN Tai-ren.Trajectory-tracking control for small unmanned helicopter with state constraints[J].Control Theory and Technology,2012,29(6):778~784.[点击复制]
状态受限的小型无人直升机轨迹跟踪控制
Trajectory-tracking control for small unmanned helicopter with state constraints
摘要点击 2557  全文点击 2404  投稿时间:2011-02-28  修订日期:2011-12-12
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DOI编号  10.7641/j.issn.1000-8152.2012.6.CCTA110187
  2012,29(6):778-784
中文关键词  滤波反步法  无人直升机  轨迹跟踪  李雅普诺夫稳定  状态受限
英文关键词  filtering backstepping  unmanned helicopter  trajectory-tracking  Lyapunov stability  state constraints
基金项目  国家自然科学基金重点资助项目(60736024); 教育部科技创新工程重大项目培育资助项目(708069).
作者单位E-mail
周洪波* 湖南理工学院 机械电子工程系 zhouhbo@gmail.com 
裴海龙 华南理工大学 自动化科学与工程学院  
贺跃帮 华南理工大学 自动化科学与工程学院  
孙太任 华南理工大学 自动化科学与工程学院  
中文摘要
      无人直升机模型阶数比较高, 设计常规反步控制器面临繁琐的对虚拟控制输入信号求导过程. 针对此问题, 设计了一种基于滤波器的反步控制方法. 该方法通过滤波器而非直接解析地对虚拟控制量进行求导, 从而显著简化了反步控制律的计算过程. 在滤波器设计过程中, 通过限制中间虚拟控制信号的幅值, 变化速率以及带宽, 以满足系统对状态变量及控制输入信号的约束要求. 李雅普诺夫稳定性分析证明了直升机补偿跟踪误差全局指数稳定. 仿真研究验证了该方法的有效性.
英文摘要
      Because of the high order of the unmanned helicopter’s model, it is very complicated and tedious to calculate derivatives of the virtual control signal in standard backstepping. This paper designs a filtering backstepping controller which uses a filter to calculate the derivatives of the virtual control signal, instead of using the analytical differentiation. Thus, it significantly simplifies the backstepping implementation. In the process of filter design, requirements on system states and control constraints can be satisfied by limiting the magnitude, rate and bandwidth of the virtual control signals. The exponential stability of the compensated tracking errors is proved by using Lyapunov theory. Simulation results illustrate the efficacy of the proposed method.