鲁棒抗风扰控制器设计与实飞验证

📚 共计 30 章节

课程导论与预备知识

鲁棒控制基本概念 · 抗风扰工程意义 · 课程框架 · 数学基础回顾

线性系统李雅普诺夫

风扰建模与特性分析

Dryden/Von Kármán · 阵风 · 风切变 · 对无人机动力学影响

大气紊流风场

无人机动力学模型建立

六自由度方程 · 四旋翼/固定翼简化 · 线性化与状态空间

刚体运动建模

不确定性建模

参数不确定性 · 未建模动态 · 外部扰动统一框架

H∞控制理论基础

H∞范数 · 小增益定理 · 标准问题 · Riccati/LMI求解

H∞混合灵敏度设计

灵敏度S/T · 混合灵敏度优化 · 加权函数选择

混合灵敏度加权

μ分析与综合

结构奇异值μ · 鲁棒稳定性/性能 · D-K迭代

LMI区域极点配置

LMI区域 · D-稳定性 · 混合H∞性能设计

极点配置LMI

滑模控制基础

滑模面 · 等效控制/趋近律 · 抖振抑制

滑模边界层

自适应滑模抗风扰控制

参数自适应 · 自适应滑模结构 · 稳定性证明

自适应滑模

自抗扰控制(ADRC)原理

TD · ESO · NLSEF · 非线性自抗扰

线性自抗扰控制(LADRC)

线性ESO · 带宽参数化 · 频域分析

模型预测控制(MPC)基础

滚动时域 · 约束处理 · 线性/非线性MPC

鲁棒MPC设计

Tube-MPC · Min-Max · 基于LMI鲁棒MPC

非线性鲁棒控制

反步法 · 非线性阻尼 · 鲁棒反步控制器

Backstepping非线性

干扰观测器(DOB)设计

DOB原理 · Q滤波器 · 基于DOB鲁棒控制

复合控制策略

DOB+H∞ · ADRC+滑模 · MPC+DOB 混合架构

控制分配与冗余管理

多执行器分配 · 伪逆法 · 链式递增 · 动态分配

控制分配冗余

软件在环仿真(SITL)环境搭建

Gazebo/Matlab · 风扰注入 · 传感器噪声模拟

硬件在环仿真(HIL)测试

实时仿真机 · Pixhawk/Cube Orange · HIL流程

实飞平台搭建

飞控选型 · 机架动力匹配 · 传感器标定校准

风场测量与风洞实验

风速计/超声波 · 风洞方案 · 实测数据处理

控制器代码生成与部署

Simulink Coder · Embedded Coder · PX4/ArduPilot集成

代码生成部署

实飞前安全检查与流程

检查清单 · 应急策略 · 空域气象确认

悬停模式抗风扰验证

悬停精度对比(PID vs H∞ vs ADRC) · 位置保持

轨迹跟踪抗风扰验证

航点跟踪 · 圆形轨迹 · 跟踪误差分析

抗风扰性能评估指标

RMSE · 最大偏差 · 恢复时间 · 控制能量

实飞数据分析与控制器调优

ULog/CSV解析 · 功率谱密度 · 参数在线调整

数据分析调优

典型故障模式与容错控制

执行器/传感器故障 · GPS丢失 · 容错策略

课程总结与前沿展望

方法对比 · 学习路径 · 学习控制/数据驱动