复杂环境下无人机控制理论与方法

《复杂环境下无人机控制理论与方法》是作者多年从事科研工作积累的成果，系统地介绍了无人机动力学的基本理论和控制方法。《复杂环境下无人机控制理论与方法》共分为15章，内容包括：绪论；预备知识；具有时变拓扑结构的多无人机姿态同步控制；紊流风场下基于虚拟结构的多无人机编队控制；基于RBF神经网络的多无人机编队控制；基于自适应滑模的多无人机编队控制；基于非奇异终端滑模的多无人机编队控制；具有集成不确定项的多固定翼无人机姿态同步控制；具有集成不确定项及状态时延的多无人机姿态同步控制；具有集成不确定项和控制器故障的多无人机姿态同步控制；基于LMI的混合H2/H∞四旋翼飞行器控制；基于自适应积分反步的四旋翼飞行器控制；四旋翼飞行器自适应收缩反步控制；基于收缩理论的多无人机姿态自适应同步控制和具有通信时延及拓扑时变的多无人机姿态同步控制。

前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 多无人机协同控制研究现状 2
1.2.1 协同控制策略研究现状 2
1.2.2 协同控制算法研究现状 3
1.2.3 复杂环境下多无人机协同控制研究现状 6
1.3 四旋翼飞行器的历史与发展状况 7
1.3.1 国内外研究现状 9
1.3.2 相关热点问题研究 12
1.4 本书概要 13
第2章 预备知识 16
2.1 图论基础 16
2.2 紊流风场下多旋翼无人机数学模型 18
2.2.1 坐标系的建立 18
2.2.2 旋翼的空气动力学分析 19
2.2.3 多无人机运动学模型 19
2.2.4 无人机动力学模型 20
2.3 复杂情况下的多固定翼无人机姿态运动数学模型 22
2.3.1 常用坐标系及转换 22
2.3.2 复杂情况下的多固定翼无人机姿态运动模型 25
2.4 本章小结 30
第3章 具有时变拓扑结构的多无人机姿态同步控制 31
3.1 问题描述 31
3.1.1 相对姿态误差 31
3.1.2 姿态跟踪误差 32
3.1.3 时变通信拓扑 32
3.2 姿态同步控制器 33
3.3 仿真结果 35
3.3.1 切换周期固定 35
3.3.2 切换周期时变 37
3.3.3 切换拓扑结构中存在孤立点 39
3.4 本章小结 40
第4章 紊流风场下基于虚拟结构的多无人机编队控制 41
4.1 问题描述 41
4.1.1 紊流风场建模 41
4.1.2 无人机的期望状态 43
4.1.3 分布式协同控制结构 44
4.1.4 控制目标 45
4.2 分布式滑模控制器 45
4.2.1 实例化虚拟结构控制器 45
4.2.2 无人机控制器 48
4.3 仿真结果 51
4.3.1 具有单个子编队领航者的编队队形控制 53
4.3.2 具有时变子编队领航者和时变通信拓扑的编队队形控制 58
4.4 本章小结 63
第5章 基于RBF神经网络的多无人机编队控制 64
5.1 问题描述 64
5.1.1 多无人机分布式跟踪控制 64
5.1.2 跟踪误差动力学 65
5.2 分布式自适应控制器 67
5.2.1 控制结构 67
5.2.2 非线性项估计 68
5.2.3 控制器设计 70
5.2.4 稳定性分析 70
5.3 仿真结果 73
5.4 本章小结 81
第6章 基于自适应滑模的多无人机编队控制 82
6.1 问题描述 82
6.2 多无人机跟踪误差动力学模型 83
6.3 自适应滑模控制器 84
6.3.1 旋转子系统控制器 85
6.3.2 平移子系统控制器 87
6.4 仿真结果 88
6.5 本章小结 96
第7章 基于非奇异终端滑模的多无人机编队控制 97
7.1 问题描述 97
7.2 控制器设计 98
7.2.1 旋转子系统控制器 99
7.2.2 平移子系统控制器 106
7.3 仿真结果 108
7.4 本章小结 115
第8章 具有集成不确定项的多固定翼无人机姿态同步控制 116
8.1 直接自适应姿态同步控制 116
8.2 基于观测器的间接自适应姿态同步控制 119
8.3 仿真结果 123
8.4 本章小结 134
第9章 具有集成不确定项及状态时延的多无人机姿态同步控制 136
9.1 多无人机姿态同步控制器 136
9.2 仿真结果 141
9.3 本章小结 151
第10章 具有集成不确定项及控制器故障的多无人机姿态同步控制 152
10.1 可重构飞行控制方案 152
10.1.1 控制器故障检测 153
10.1.2 控制器重构 157
10.2 仿真结果 162
10.3 本章小结 177
第11章 基于LMI的混合H2/H∞四旋翼飞行器控制 178
11.1 四旋翼飞行器的系统建模 178
11.2 H2/H∞鲁棒控制 181
11.2.1 H2标准控制 182
11.2.2 H∞标准控制 183
11.3 模型参数确定的四旋翼飞行器的混合H2/H∞控制器 184
11.4 参数不确定的四旋翼飞行器的混合H2/H∞控制器 185
11.5 仿真结果 188
11.6 本章小结 195
第12章 基于自适应积分反步的四旋翼飞行器控制 196
12.1 基于积分反步法的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制 196
12.1.1 控制器的设计 196
12.1.2 仿真结果 200
12.2 基于自适应积分反步的四旋翼飞行器控制 205
12.2.1 控制器设计 205
12.2.2 仿真结果 209
12.3 本章小结 216
第13章 四旋翼飞行器自适应收缩反步控制 217
13.1 收缩理论基本原理 217
13.2 四旋翼飞行器动力学模型 218
13.3 自适应收缩反步控制 219
13.3.1 控制器设计 219
13.3.2 稳定性证明 222
13.4 仿真结果 224
13.5 本章小结 228
第14章 基于收缩理论的多无人机姿态自适应同步控制 229
14.1 垂直起降无人机拉格朗日模型 230
14.2 多无人机姿态同步控制器 231
14.3 稳定性分析 233
14.4 仿真结果 235
14.5 本章小结 240
第15章 具有通信时延和拓扑时变的多无人机姿态同步控制 242
15.1 问题描述 242
15.1.1 姿态跟踪误差 242
15.1.2 相对姿态误差 243
15.2 姿态协同控制器 244
15.3 仿真结果 246
15.4 本章小结 251
参考文献 252