基于Backstepping的飞行控制系统设计

基于Backstepping模糊自适应的四旋翼飞行器控制张硕;张学典;秦敏;陈征【摘要】针对四旋翼飞行器轨迹跟踪模型中所受到的外界扰动和参数不确定性等问题,设计了基于模糊自适应反步法的控制策略.在姿态系统中,利用反步法设计控制器,对系统中不确定函数部分采用模糊逻辑系统进行在线逼近.对飞行器运动轨迹进行了跟踪仿真,取得了较为理想的控制效果,验证了该方法的可行性.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)002【总页数】4页(P54-57)【关键词】模糊控制;四旋翼飞行器;非线性系统;反步法【作者】张硕;张学典;秦敏;陈征【作者单位】上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093;上海理工大学光电信息与计算机工程学院,上海200093【正文语种】中文【中图分类】V249.1;TP273+.4针对四旋翼飞行控制的研究已有很多经典的控制方法，例如自适应鲁棒方法、反步法、滑模控制方法、人工智能方法、以及优化方法等。

反步法(Backstepping)又称反向递推控制。

这种方法的主要设计思想是将多维非线性系统分解成多个子系统，并在每个子系统中设计虚拟控制律和Lyapunov能量函数，一直反推到最后一个子系统并完成真正的控制律的设计，通过构造的能量函数来最终保证系统稳定性和动态性能。

四旋翼飞行器在飞行时的姿态控制就是对3个姿态角(偏航角ψ，俯仰角θ，滚动角φ)的控制。

如图1所示，Rotor1是四旋翼飞行器的头部，Rotor3是尾部，Rotor4和Rotor2分别是左右翼，则ψ角是绕本体坐标系zb轴转动的偏航角，θ角是飞行器头尾部绕本体坐标系yn轴转动的俯仰角，φ角是飞行器左右翼绕本体坐标系xb轴转动的滚转角。

选取地面一点Oe作为原点，建立地面坐标系Oexeyeze，选取飞行器质点Ob作为原点，建立本体坐标系Obxbybzb。

基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法研究黄珍;毕传林
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2018(0)2X
【摘要】船舶动力的定位控制属于是闭环控制系统,因风浪等一些环境产生的干扰,使船舶动力的定位控制存在不确定性的干扰控制问题。

当前算法对船舶的动力进行定位控制时没有对船舶的动力进行定位,导致船舶动力定位控制不准确的问题。

提出一种基于非线性Backstepping的船舶动力定位控制的算法。

对船舶动力定位控制的数学模型进行构建,利用非线性Backstepping反步积分的控制原理为基础,通过对Lyapunov函数递推进行2步船舶控制律进行构造,有效地提高了定位的精确度,由此完成对非线性Backstepping的船舶动力定位控制算法的研究。

实验结果证明,利用该算法使船舶动力定位控制的精确度较高。

【总页数】3页(P55-57)
【关键词】非线性;Backstepping;船舶动力;定位控制
【作者】黄珍;毕传林
【作者单位】九江职业技术学院信息工程学院，江西九江332007
【正文语种】中文
【中图分类】U664.82
【相关文献】
1.基于非线性模型预测的船舶动力定位控制器设计 [J], 王元慧;隋玉峰;吴静
2.基于非线性控制理论的船舶动力定位控制系统的数学模型 [J], 刘芙蓉;陈辉
3.基于迭代滑模的船舶动力定位非线性控制 [J], 陈海力;任鸿翔;杨柏丞;衣莹
4.基于非线性自适应控制器的船舶动力定位系统设计 [J], 吕莉;李艳
5.非线性Backstepping算法在船舶动力定位系统控制的应用 [J], 牛兴霞;章小丹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于Backstepping的严格反馈极值搜索系统控制器设计张雷;胡云安;张杨;王佩飞【摘要】针对一类含不确定参数的严格反馈型极值搜索系统的控制问题，将极值搜索方法和反演（Backstepping）控制方法相结合，设计出系统状态的极值参考轨迹，利用Backstepping控制方法逐步递推选取适当的Lyapunov函数设计控制器和不确定参数自适应估计律，实现目标函数的极值搜索。

仿真表明所提出控制器设计方法的有效性。

%To solve control problems of strict-feedback extremum seeking systems with uncertain parameter, extremum seeking control method and Backstepping control method were combined. System state extremum reference trajectory was designed. Backstepping controller and uncertain parameter adaptive estimation law were designed based on the appropri⁃ate Lyapunov functions selected by recurrence method, objective function extremum seeking was realized. Simulation re⁃sult showed that the proposed controller design method was effectiveness.【期刊名称】《海军航空工程学院学报》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】6页(P401-406)【关键词】严格反馈;不确定参数;极值搜索系统;自适应估计律【作者】张雷;胡云安;张杨;王佩飞【作者单位】海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001;海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001;海军航空工程学院控制工程系，山东烟台264001;海军航空工程学院研究生管理大队，山东烟台264001【正文语种】中文【中图分类】TP273+.23实际控制系统中，系统的参考输出量与输入量之间通常可以构成某种未知的参考轨迹，这种参考轨迹关系意味着在参考输入的作用下，系统的输出轨迹中存在一个全局最优输出值（极大值或者极小值）［1-2］。

基于Backstepping的船舶航向自适应滑模控制王林;陈楠;高嵬【摘要】An adaptive sliding mode control algorithm based on backstepping is proposed for Norrbin nonlinear ship model.In the procedure,a disturbance compensator is designed to eliminate the influence of system disturbance.By means of Lyapunov function,it is theoretically proved that the control strategy may make the closed-loop system globally asymptotically stable,with tracking errors converging to zero.The discussed controller has better tracking capabilities and faster response rapidity than traditional proportional-integral-derivative（PID）controllers.%针对Norrbin非线性船舶运动数学模型,提出了一种基于Backstepping的自适应滑模控制策略。

为了消除外界扰动的影响,引入扰动估计器的设计方法,并借助Lyapunov函数证明了该控制器可以确保闭环系统渐近稳定,使系统的跟踪误差趋于零。

与传统的PID控制策略相比,具有较好的跟踪能力和较快的响应速度。

【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2012(032)004【总页数】3页(P16-18)【关键词】船舶自动舵;外界干扰;Backstepping;滑模控制【作者】王林;陈楠;高嵬【作者单位】海军驻武汉701所军事代表室,武汉430064;91206部队,山东青岛266071;海军工程大学电气与信息工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言由于船舶的动态特性或外界条件不断地变化，使得船舶运动表现出非线性、不确定性、大滞后等复杂的动态特性，从而船舶航向控制的数学模型与扰动模型具有明显的不确定性，而以确定数学模型为基础的PID舵的设计就无法实现。

基于Backstepping方法的单元机组协调系统非线性控制摘要：火力发电单元机组的机炉协调控制系统（简称为协调控制系统）是一个复杂的多变量控制系统。

此系统难取得良好的控制品质的主要原因包括大时滞、强耦合、非线性。

针对非线性问题本文提出基于非线性的Backstepping方法，它的基本思想是通过逐步修正算法设计镇定控制器，在每一步把状态坐标的变化、不确定参数的调节函数和一个已知的Lyapunov函数的虚拟系统镇定函数联系起来，以实现系统的全局调节或跟踪。

关键词：协调控制系统 Backstepping 非线性控制动态特性；1引言协调控制系统（CCS）是为了适应当前电力的发展趋势而实施的单元机组控制方案。

它的控制对象为锅炉、汽轮机和发电机，它具有大时滞、强耦合、非线性，难以匹配的特点，是一个典型的MIMO对象。

随着非线性理论发展及其应用研究的逐步深入，机炉协调控制系统的非线性设计也受到广泛关注，相关的研究包括：反馈线性化方法、逆系统方法、反步法、多模型设计方法及增益调度方法等。

近年来，反步法在非线性控制界引起了高度的重视，它是一种非线性控制的设计工具，该方法通过引入虚拟控制变量，逐步设计偏差的能量函数，递推构造出系统的控制律，实现系统的全局调节或跟踪，使整个闭环系统满足期望的动静态性能。

本文采用基于非线性的Backstepping方法对协调控制系统进行控制器设计，简化了控制器设计过程。

2控制器的Backstepping设计2.1 单元机组动态特性[1，2]汽轮发电机组被控对象是本质非线性的，具有分布参数和时变特性。

机组动态特性除了受其内在的物理结构属性影响以外，还与机组的运行方式、运行工况、外部环境等因素有关。

因此，目前还难以得到对机组动态特性的精确描述，通过合理简化与近似处理，结合机理分析与试验建模这两种方法，建立起满足一定精度要求、反映机组主要动态特征的deMello模型[3]：（2-1）式中为机组输出功率；为主蒸汽调节阀开度（机侧控制量）；为主蒸汽压力（主蒸汽调节阀前）；为汽包压力；为锅炉吸热量；为进入炉膛的燃料量（炉侧控制量）；为汽包蓄热系数；为蒸汽管道蓄热系数；k为蒸汽流动阻力系数；为锅炉燃烧与传热过程时间常数；为汽轮机与再热器时间常数；为比例系数；式（2-1）deMello模型反映了单元机组动态过程中存在的两个主要的非线性特性：（1）汽包压力和主蒸汽压力的压力降同汽包出口蒸汽流量存在平方根关系；（2）汽轮机功率同主蒸汽调节阀开度和机前压力的乘积成比例关系。

基于模糊滑模backstepping的半主动空气悬架设计孙丽颖;王君莹【摘要】为了研究半主动空气悬架系统对车辆行驶性能的影响,提出基于半主动空气悬架的模糊滑模backstepping控制.建立1/4二自由度半主动空气悬架动力学模型,用模糊逻辑系统逼近未知函数,解决了阻尼系数不易测的问题.该方法设计的控制器能够适应因车辆行驶状态或者环境发生改变而引起的系统参数在一定范围内的变化.仿真结果表明,与被动悬架相比,模糊滑模backstepping控制器对于提高半主动空气悬架系统减振效果更加明显.%In order to study the influence of semi-active air suspension system on vehicle traveling performance,a fuzzy sliding mode back-stepping control is proposed.Firstly,a 2-DOF quarter-car model for the semi-active air suspension system analysis is established.Then,the fuzzy logic systems are employed to asymptotically approach the unknown function and the problem that damping coefficient is uneasy to measure is solved.The controller designed in this method can be adapted to the change of the system parameters caused by the change of the vehicle traveling state or the environment within a certain range. The results show that, compared with passive suspension, the proposed fuzzy sliding mode back-stepping controller is more effective in improving the vibration reduction effect of the semi-active air suspension systems.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2018(038)001【总页数】5页(P109-113)【关键词】振动与波;半主动空气悬架;backstepping;滑模;模糊【作者】孙丽颖;王君莹【作者单位】辽宁工业大学电气工程学院,辽宁锦州121001;辽宁工业大学电气工程学院,辽宁锦州121001【正文语种】中文【中图分类】TP273悬架系统是维持车辆乘坐舒适性和操作安全性的最重要的部分之一，它能隔离路面冲击对车身的影响，从而保证车辆的行驶性能。