控制系统设计专题(三)——自抗扰控制算法(下)

1、跟踪微分器的应用 跟踪微分器在飞行器控制中，对于输入信号噪声敏感，滤波后能有效跟踪状态量，避免信号突变问题。飞行控制系统设计实例 以四旋翼为例，采用串级控制结构，内环姿态增稳，外环轨迹控制，利用ADRC控制高动态响应。

2、自抗扰控制（ADRC）算法由韩京清先生于1998年提出，该算法将作用于被控对象的所有不确定因素视为“未知扰动”，并通过对象的输入输出数据进行估计和补偿。这种控制算法最大的优势是无需被控对象具有精确的数学模型，是一种不依赖模型的控制算法。

3、【01】自抗扰控制算法：经典中英文参考文献，提供多种格式供选择。【02】详细建模与SIMULINK实现：详细讲解模块搭建步骤。【03】经典仿真模型：包括SIMULINK模型和S函数。【04】“从PID到ADRC”中文翻译：韩京清教授的深入文章。【05】线性反馈模型：SIMULINK中体现的原理示例。

鲁棒飞行控制系统设计中的各种理论方法如何应用于实际飞行器控制?

1、书中首先在第1章，为读者提供了全面的鲁棒控制理论概述，为后续深入学习打下坚实基础。接着，第2章深入探讨了鲁棒控制的基础理论，帮助读者理解和掌握核心概念。在第3章，作者通过实际案例，详尽展示了h∞飞行控制系统设计的具体步骤和方法。

2、一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态。常用的设计方法有：INA方法，同时镇定，完整性控制器设计，鲁棒控制，鲁棒PID控制以及鲁棒极点配置，鲁棒观测器等。

3、常用的设计方法有：INA方法，同时镇定，完整性控制器设计，鲁棒控制，鲁棒PID控制以及鲁棒极点配置，鲁棒观测器等。鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。

4、反步控制（Backstepping）：适合在线控制，能够有效处理非线性因素，稳定性好。自适应控制：模型依赖少，具有一定的适应性，但复杂度高，成本较高。当前，飞行控制律设计分为经典控制理论（如PID、H∞）和现代控制理论（如动态逆、鲁棒控制、自适应控制）两大类别。

5、鲁棒控制方法通常基于过程动态特性和其变化范围的假设，有的算法对精确模型的需求较低，但需要进行一定程度的离线辨识。

6、一般鲁棒控制系统的设计是以一些最差的情况为基础，因此一般系统并不工作在最优状态 。鲁棒控制方法适用于稳定性和可靠性作为首要目标的应用，同时过程的动态特性已知且不确定因素的变化范围可以预估。飞机和空间飞行器的控制是这类系统的例子。

自由度云台运动姿态控制系统设计

设计自由度云台运动姿态控制系统时，需考虑两种主要类型：程控姿态控制系统和恒值运动姿态控制系统。程控系统要求响应迅速，准确度高，如用于飞行器姿态控制；恒值系统抗干扰能力强，适用于自稳云台，如航拍无人机。系统设计包括硬件和软件两部分。硬件设计包括电源系统、数字控制器、角度传感器和执行机构。

摄像机图像传感器主要采用CMOS。云台是摄像机的安装平台，实现摄像机的多个自由度运动，满足对固定监控目标的快速定位或对大范围监控环境的全景观察。防护罩是使摄像机在恶劣环境下正常使用的防护装置。日夜转换模式有电子式（软件转换）、机械式（ICR）CCD硬件转换。

迄今为止控制理论的杰出表现如卡尔曼滤波、动态规划等集中在航空航天和多自由度机器人方面。这些被控对象可以精确建模，而且属于多变量状态空间控制（中科大自动化系吴刚教授的说法）。相对来说，化工过程控制之类“模糊控制”系统用高级算法和用PID很难拉开差距，甚至改进算法不如改进被控对象。

分钟。三轴云台无人机电池充满电能用25分钟，三轴云台的三轴分为俯仰、偏航、滚转三个轴，也称三个自由度，有一个电机进行控制。也即摄像头在三自由度云台的框架上通过电机的控制，可实现与无人机三个自由度的解耦（值无人机的俯仰、偏航、滚转三个自由度）起到隔离、抵消无人机运动影响的作用。

当需要遥控时，可选用具有光对焦、光圈开度、变焦距的遥控镜头装置。摄像机可选用体积小、重量轻、便于现场安装与检修的电荷耦合器件（CCD）型摄像机。根据工作环境应选配相应的摄像机防护套。防护套可根据需要设置调温控制系统和遥控雨刷等。固定摄像机在特定部位上的支承装置，可采用摄像机托架或云台。