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模型不确定性和执行器故障下的四旋翼飞行器主动容错控制方法 None

Yu-jiang ZHONG, Zhi-xiang LIU, You-min ZHANG, Wei ZHANG, Jun-yi ZUO

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第1期页码 95-106 doi: 10.1631/FITEE.1800570

摘要：针对四旋翼飞行器的执行器故障，提出一种可靠的主动容错控制方法。该方法以模型参考自适应控制理论为框架，保证四旋翼飞行器系统的全局渐进稳定性。为消除模型不确定性影响，增强系统鲁棒性，径向基神经网络算法被集成到所设计的控制系统中，自适应地辨识模型不确定性，在线调整参考模型。此外，为避免因执行器饱和及响应速率限制造成的不必要的系统性能下降，在控制器设计过程中，同时考虑执行器动态特性。基于自适应两级卡尔曼滤波器设计的故障检测与诊断模块，可以准确估计执行器控制效率损失故障。利用获取的故障信息，重新构造控制器的控制律，弥补执行器故障的不利影响。仿真结果表明，在执行器有、无故障两种情况下，提出的主动容错控制方法都能使四旋翼飞行器准确跟踪期望的参考信号。

关键词：模型参考自适应控制；神经网络；四旋翼飞行器；容错控制；故障检测与诊断

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基于带积分补偿近端策略优化算法的四旋翼控制 Research

胡欢,王庆领

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第5期页码 649-808 doi: 10.1631/FITEE.1900641

摘要：使用先进的近端策略优化强化学习算法优化随机控制策略，实现对无模型四旋翼飞行器速度的稳定控制。飞行器模型由4个可以学习训练的子神经网络控制，神经网络以一种端到端的方式将模型状态映射为控制命令输送给飞行器执行。将积分补偿器引入行为评估算法框架，可大大提高模型速度跟踪的准确性和鲁棒性。此外，开发了包括离线学习和在线学习的两阶段学习方案，以供实际飞行之需。在在线学习阶段，不断优化模型的飞行策略。最后，对比提出的算法与传统PID算法的实验效果。

关键词：强化学习；近端策略优化；四旋翼控制；神经网络

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状态受限吸气式高超声速飞行器自适应跟踪控制 Article

Gong-jun LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第5期页码 599-614 doi: 10.1631/FITEE.1500464

摘要：本文研究了纵向通道吸气式高超声速飞行器的状态受限自适应跟踪控制问题，其中，速度、高度和攻角均要求跟踪给定的参考曲线。通过选择俯仰角作为新的输出并设计合适的俯仰角参考曲线，提出了一种新颖的间接攻角跟踪策略。基于重新定义的输出（即：速度、高度和俯仰角），给出了一种基于修正的退步控制器设计方法，其中，障碍李雅普诺夫函数用来求解控制增益未知情况下的状态受限控制问题。稳定性分析表明本方法实现了跟踪控制的目标，同时所有的闭环信号有界，状态始终满足给定约束。数值仿真验证了本方法的有效性。

关键词：高超声速飞行器；约束；输出重定义；障碍李雅普诺夫函数

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带状态饱和的四旋翼安全轨迹规划 None

Shu-peng LAI, Meng-lu LAN, Ya-xuan LI, Ben M. CHEN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第1期页码 107-119 doi: 10.1631/FITEE.1800719

摘要：当前，许多基于小型多旋翼的实际应用需考虑障碍物与安全条例的影响。在机载导航计算机有限计算能力下，实时生成安全并符合飞行器动力学特征与状态约束的轨迹，一直以来都是一项挑战。提出一种新型基于安全飞行走廊的轨迹规划方法。该方法可在10 μs内，渐进规划出安全的飞行轨迹。本研究中，安全走廊基于可旋转的多个长方体搭建而成。所提方法已通过模拟和实机实验验证。

关键词：四旋翼飞行器；无人机；运动规划

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基座参数欠精确环境下双机械臂刚体夹持系统的自适应神经鲁棒控制 Research

Fan XU, Jin WANG, Guo-dong LU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第11期页码 1316-1327 doi: 10.1631/FITEE.1601707

摘要：针对基座参数欠精确环境下双机械臂刚体夹持系统的自适应调控问题进行研究。提出一种自适应神经鲁棒控制器，能同时解决基座参数欠精确、系统内力、建模不确定性、关节摩擦以及外部干扰等多种问题。该控制器采用一个径向基神经网络来逼近系统包括非预期内力在内的全部动力学部分。结合仿真实验和分析，该控制器能有效保证轨迹跟踪误差渐进收敛于0，并保持内力在可接受范围。在自适应调节机制下，该方法能对系统中双机械臂进一步在线精确标定。为保证系统全局稳定性，该控制器建立定制化鲁棒补偿，结合李雅普诺夫理论，证明该控制器在基座欠精确以及其他多种不确定环境下的鲁棒性。

关键词：协同机械臂；神经网络；欠精确基座平移坐标；自适应控制；鲁棒控制

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带有预设性能的高阶多输入多输出非线性系统自适应跟踪控制 Research Articles

王雪娆1,2,王庆领1,2,孙长银1,2

《信息与电子工程前沿（英文）》 2021年第22卷第7期页码 986-1001 doi: 10.1631/FITEE.2000145

摘要：本文针对一类不确定多输入多输出非线性系统提出一种基于观测器的自适应预设性能跟踪控制策略，同时考虑了系统中可能存在的不确定性。为估计被控系统中的不确定性以及外部扰动，本文构建了一类新颖的有限时间神经网络干扰观测器。此外，为保证系统可以达到预设性能，采用一类误差转换方法，可以将时变约束转换为一种等价的非时变约束。随后，基于障碍李雅普诺夫函数以及反步方法，提出一种基于观测器的跟踪控制策略。经证明，本文所设计的控制方法可以使闭环系统所有信号实现有界，跟踪误差满足预设的时变性能指标。最后，无人机系统数值仿真结果验证了所提控制策略的有效性。

关键词：自适应跟踪控制；预设性能；输入饱和；干扰观测器；神经网络

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飞行器驾驶机器人——一种面向有人飞行器的新型无人驾驶系统 Article

金子博, 李道春, 向锦武

《工程（英文）》 2023年第27卷第8期页码 242-253 doi: 10.1016/j.eng.2022.10.018

摘要：

飞行器驾驶机器人是一种新型的无人驾驶概念，是指通过机器人系统操纵驾驶有人飞机，从而形成一种新型的无人飞行系统，充分发挥有人飞机的平台成熟度、负载能力和适航性等优点，同时显著扩展了无人飞行器的应用领域本文详细讨论了飞行器驾驶机器人这一概念及其优点，并提出了一种面向有人直升机的直升机驾驶机器人。根据直升机操纵机构的操控特点设计了驾驶机器人伺服机构。对驾驶机器人系统进行了运动学分析，并在此基础上建立了驾驶机器人飞行控制器的直接驱动方法，减少了机器人伺服过程的操纵延迟和控制误差。建立了驾驶机器人的配套地面站系统，实现了不同飞行模式下驾驶机器人系统的功能集成。最后，设计研制了一套直升机驾驶机器人样机，并将其安装在有人直升机上进行了飞行测试。测试结果表明，驾驶机器人能够独立驾驶直升机实现前飞、后飞、侧飞和转弯飞行，验证了直升机驾驶机器人的有效性。

关键词：直升机飞行器驾驶机器人飞行控制无人系统

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V/STOL飞机建模与仿真分析

范勇,朱纪洪,孟宪宇,刘凯,杨喜立

《中国工程科学》 2011年第13卷第3期页码 107-112

摘要：

以原理验证机为背景，建立了无尾布局垂直/短距起降飞行器的数学模型，并通过智能自适应方法对其进行了闭环飞行控制，控制量通过控制分配合理的协调各操纵面结果显示，该平台具备垂直/短距起降能力和较好的飞行性能。

关键词：无尾布局飞行器垂直/短距起降飞行器（V/STOL）动力学建模飞行控制

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电流型有源电力滤波器的神经网络滞环控制

王萍,张珂,许会军

《中国工程科学》 2007年第9卷第1期页码 40-43

摘要：

神经网络滞环控制就是将神经网络和滞环比较器这两种方法相结合的一种控制方法。滞环控制是控制方法中较为简单的一种，它不需要系统太多的参数，实时性较好，但用滞环控制方法时系统开关频率不固定，这不仅影响电子开关的使用寿命，而且降低了系统的稳定性。将二者结合的控制方法不仅可实现神经网络对快速变量的控制，而且可以提高滞环控制的性能。通过训练神经网络能够完成滞环比较器的功能，并可取代滞环比较器。给出了计算机仿真结果，神经网络通过DSP实现。

关键词：有源滤波神经网络滞环比较器

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非线性系统的自适应可拓控制器设计

翁庆昌,陈珍源

《中国工程科学》 2001年第3卷第7期页码 54-58

摘要：

探讨可拓控制器的设计方法,利用自适应控制的设计策略来修正可拓控制器的增益参数,以近似获得所期望的最佳控制。所提出的控制器结构仅需调整单一参数,故易于实现。另外,引入最大值控制以保证所设计的可拓控制系统的稳定性，并将该控制器应用在非线性系统的控制上,以验证它的有效性及控制能力。

关键词：可拓理论自适应控制可拓控制器鲁棒稳定性

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输出受限的柔性海洋立管自适应神经网络边界控制 Research Article

余初阳1,楼旭阳1,马艺飞1,叶倩2,张今旗3

《信息与电子工程前沿（英文）》 2022年第23卷第8期页码 1229-1238 doi: 10.1631/FITEE.2100586

摘要：针对具有未知非线性扰动和输出限制的柔性海洋立管系统，提出一种基于自适应神经网络的边界控制方法抑制振动。首先，通过偏微分方程分布参数系统描述柔性海洋立管系统的动态特性。为补偿非线性扰动对系统影响，利用径向基神经网络构造一个基于神经网络的边界控制器以减少振动。在所提边界控制器下，基于李亚普诺夫方法，保证柔性海洋立管系统一致有界。该方法为其他柔性机器人系统的边界控制提供了一种集成神经网络的思路。最后，通过数值仿真验证所提方法的有效性。

关键词：海洋立管系统；偏微分方程；神经网络；输出限制；边界控制；未知扰动

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气辅注塑成型注气压力的模糊神经网络控制研究

欧长劲

《中国工程科学》 2007年第9卷第5期页码 27-32

摘要：

针对气辅注塑成形的注气压力精确控制要求，设计了具有５层结构的模糊神经网络控制器和控制算法，利用神经网络的学习能力实现对模糊逻辑规则的优化，改善了系统的适应性。对系统３段压力控制的仿真分析，验证了模糊神经网络控制模型的可行性，控制效果良好。

关键词：气体辅助注射成型模糊神经网络注气压力控制

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一种非侵入式的基于功耗的可编程逻辑控制器异常检测方案 Article

Yu-jun XIAO, Wen-yuan XU, Zhen-hua JIA, Zhuo-ran MA, Dong-lian QI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第4期页码 519-534 doi: 10.1631/FITEE.1601540

摘要：可编程逻辑控制器（Programmable logic controller, PLC）作为工业控制系统中的核心组件，能够直接控制现场设备，一旦PLC中运行了恶意程序，则可能直接造成重大财产损失甚至是人员伤亡不幸的是，传统的入侵检测系统和杀毒软件并不能很好地保护PLC的安全，因此，针对PLC的有效的安全防护方案有待被研究。基于上述背景，本文提出了一种非侵入式的基于功耗的PLC异常检测方案。该方案通过分析PLC运行时的功耗变化来检测PLC中是否运行异常程序，分为功耗信息获取与功耗分析两部分。为了更好的分析功耗信息，本文首先从原始功耗数据中提取有效的特征值组合，然后利用正常样本来训练一个基于长短记忆（long short-term memory, LSTM）单元的神经网络模型，利用该模型对后续正常样本进行预测，通过比较测量到的功耗信息与预测的功耗信息，可以确定当前PLC中运行的程序是否为正常程序。

关键词：工业控制系统；可编程逻辑控制器；边信道；异常检测；基于长短记忆单元的神经网络模型

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飞航导弹高精度自适应预测控制设计

孙明玮,陈增强,袁著祉,任强,杨明

《中国工程科学》 2005年第7卷第10期页码 23-27

摘要：

飞航导弹的飞行主要是通过姿态稳定与调节来实现的。通过以小扰动模型为基础的导弹动力学特性分析，建立了导弹姿态控制回路的串级控制结构，并且以离散模型作为基于递推最小二乘法的自适应预测控制的被控对象，把原先响应较慢的质心控制转换为反应较快而且精度高的弹道角控制根据导弹的特性，在姿态内回路采用广义预测控制，在弹道外回路采用一种积分形式的预测控制。在参考信号上，实现了质心指令到弹道指令的有效变换，为高精度小超调跟踪奠定了基础。这种方法实现了姿态参考信号与导引指令的统一，姿态控制与质心控制的统一，充分降低了对气动等数据的精度要求，参数选择简单。数值仿真结果说明了这种方法的有效性；提出了进一步的研究方向。