姿态跟踪

摘要： 火星进入过程中的故障和外部干扰不可避免地降低了火星进入制导和控制算法的性能。利用反步法设计了一种对转动惯量信息变化不敏感的火星进入姿态容错控制算法。首先,将虚拟控制律的微分量视作干扰量,利用自适应技术对其进行补偿,避免了传统反步法微分爆炸的缺陷。同时,控制设计过程中显式地引入了饱和函数,保证了在存在输入饱和的情况下,控制律仍然能使得探测器姿态保持稳定。最后,以“火星科学实验室”探测器为模型进行了数值仿真验证,结果表明该控制律在存在输入饱和约束、转动惯量不确定性、执行机构部分失效甚至完全失效的工况下,仍然能够完成对姿态的精准跟踪。

摘要： 针对共轴八旋翼无人机位置与姿态的跟踪控制问题,在充分考虑模型不确定性及外部干扰的情况下,提出一种神经自适应滑模控制方法。首先,将共轴八旋翼无人机动力学系统分为两个子系统,即全驱动子系统和欠驱动子系统。然后,运用神经网络对模型参数不确定部分和外界干扰项进行估计,设计一种合适的滑模控制器,根据所设计的控制器和Lyapunov稳定性理论,两个子系统的状态轨迹均能渐近到达其对应的滑模面,从而保证共轴八旋翼无人机位置与姿态的跟踪控制能够实现。最后,通过大量仿真结果验证了所提方法的有效性。

摘要： 针对存在模型不确定性和外界干扰的刚性航天器,提出了一种基于高斯过程回归(GPR)的新型自适应滑模姿态控制算法。该算法具有自学习能力,在不同的姿态控制任务下都能够实现高精度、强鲁棒和高效率的姿态跟踪。首先,在航天器的四元数标称系统动态模型基础上,应用在线稀疏高斯过程回归(SOGP)方法学习系统的未知动态;其次,结合高斯过程的预测均值设计滑模控制算法,利用高斯过程的预测方差自适应调节控制增益,并应用李雅普诺夫方法严格证明闭环系统的稳定性,保证了航天器姿态跟踪误差的渐进收敛性;最后,通过数值仿真验证了所设计控制器的有效性。结果表明,该自学习控制算法与自适应滑模控制(ASMC)与神经网络自适应控制等算法相比,具有更快的收敛速度、更高的跟踪精度以及更低的控制成本。

摘要： 针对再入飞行器的姿态跟踪问题,基于递归神经网络提出最优跟踪控制.采用反步法和递归神经网络,设计自适应前馈控制,将再入飞行器的最优姿态跟踪问题转化为等价的姿态角误差/角速率误差最优调节问题.采用自适应动态规划技术,解决最优调节问题.引入神经网络估计最优控制中的代价函数,推导最优反馈控制律,同时保证Hamilton–Jacobi–Isaacs(HJI)方程估计误差最小化.采用Lyapunov理论,保证闭环系统中所有信号,包括姿态角跟踪误差是一致最终有界的.在MATLAB/Simulink中仿真验证了所提出控制策略的有效性.

摘要： 针对刚体航天器存在模型参数不确定性和外界干扰情况下的姿态跟踪控制问题,该文提出了一种有限时间自适应积分滑模控制方法.建立了用四元数表示的航天器姿态跟踪数学模型;在不考虑参数不确定性和干扰的情况下,基于非线性系统齐次性方法设计了一种有限时间控制算法,保证航天器姿态在有限时间内跟踪上期望姿态;当扰动存在时,为提高闭环系统的鲁棒性,结合有限时间控制和滑模控制,将有限时间控制算法应用到滑模面的设计中,设计出一种有限时间积分滑模面;最后用自适应方法设计了动态滑模切换函数增益.理论分析表明该方法兼具有限时间控制和滑模控制的优点,可使闭环系统状态有限时间收敛并具有很好的鲁棒性.仿真结果说明了该方法的有效性.

摘要： 针对刚性航天器在姿态跟踪控制中存在的系统不确定及外界干扰等问题,提出了一种预定义时间滑模控制器(PTSMC).首先,给出了以四元数为姿态参数的航天器姿态跟踪控制系统,利用误差四元数和误差角速度设计了预定义时间滑模面.然后,考虑了航天器系统的不确定性和外界干扰设计了一种非保守上界的PTSMC,并通过边界层技术降低了系统抖动.最后,通过设计Lyapunov函数,证明了所提出的控制器的预定义时间稳定性和系统收敛时间上界的非保守性.仿真结果表明,刚性航天器的姿态跟踪误差精度可达1.5×10-6 rad,角速度跟踪误差精度可达2×10-6 rad/s.与现有的预定义时间控制器相比,所提出的控制器的稳定时间上限是更加非保守的,与传统PD控制和非奇异终端滑模控制相比,所提出的控制器具有更高的跟踪精度和鲁棒性.通过3自由度气浮平台的姿态跟踪实验进一步说明了控制方案的有效性,其中角度跟踪误差小于0.1 rad,位置跟踪误差小于0.2 m.

摘要： 针对可重复使用飞行器再入姿态跟踪控制问题,在考虑执行器饱和、气动参数摄动和外部扰动的情况下,提出了一种保性能姿态跟踪控制方案.通过构造预设性能函数,使姿态跟踪误差在预先设置的包络内演化,保证了系统的瞬态和稳态性能;其次,借助于高增益扩张状态观测器解决了气动参数摄动和外部扰动的问题;之后,基于反步控制框架,设计了一种低复杂度的输出反馈扰动补偿控制方法,保证跟踪误差的收敛性.与已有方法相比,所设计的方法不包含一些复杂的非线性动力学近似技术,如神经网络等,降低了参数调节的复杂性,且无需对虚拟控制律重复微分,避免了"微分爆炸"问题.同时,Lyapunov稳定性分析表明,该方法能够保证误差变量的预期收敛以及其他闭环系统信号的有界性.最后,通过对比仿真验证了所提方法的有效性及可行性.

摘要： 针对刚体航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种自适应反步控制方法。首先,考虑模型不确定性和外部干扰影响,通过引入一个非负定的势函数来描述姿态跟踪误差,在特殊正交李群SO(3)上建立描述航天器姿态运动的相对动力学方程,所建立的动力学模型有效地避免了用修正罗德里格参数或四元数描述航天器姿态时引起的奇异和退绕等问题;其次,设计的自适应反步控制器可保证闭环控制系统最终一致有界收敛,并用李亚普诺夫理论严格证明了闭环系统的稳定性;此外,设计的自适应控制律可以有效地处理系统总干扰;最后,针对航天器姿态跟踪控制场景进行数值仿真分析。结果表明:与传统PD控制器相比,所设计的控制器可以有效地提高控制性能。

摘要： 针对刚体航天器姿态跟踪控制问题,提出了一种自适应反步控制方法。首先,考虑模型不确定性和外部干扰影响,通过引入一个非负定的势函数来描述姿态跟踪误差,在特殊正交李群SO(3)上建立描述航天器姿态运动的相对动力学方程,所建立的动力学模型有效地避免了用修正罗德里格参数或四元数描述航天器姿态时引起的奇异和退绕等问题;其次,设计的自适应反步控制器可保证闭环控制系统最终一致有界收敛,并用李亚普诺夫理论严格证明了闭环系统的稳定性;此外,设计的自适应控制律可以有效地处理系统总干扰;最后,针对航天器姿态跟踪控制场景进行数值仿真分析。结果表明:与传统PD控制器相比,所设计的控制器可以有效地提高控制性能。

摘要： 针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)控制系统控制难度大的问题,考虑外部扰动、模型偏差、状态误差、控制器微弱故障等复杂情况,设计分层滑模控制器.首先,考虑无人机受到多项干扰项的影响,给出该类情况下的姿态运动动力学模型;其次,提出一种分层滑模面,利用Barbalat稳定性理论证明滑模面的稳定性;然后,基于此分层滑模面设计控制器,通过控制无人机左右副翼控制器、左右升降翼控制器、方向翼控制器的输入信号,完成姿态轨迹跟踪过程;最后,通过仿真实验验证控制器的有效性与鲁棒性.结果表明,与基于神经网络的控制器相比,所提方法的控制输入更平稳,飞行轨迹更接近期望轨迹,稳态误差更趋近于0,控制参数更少.

摘要： 本文在不同幅值和频率的正弦外扰情况下，提出了两种用于卫星编队姿态跟踪与同步的控制律：基于退步算法和内模原理的控制律和基于四元数辅助系统的控制律，利用Lyapunov方法证明了卫星系统的全局跟踪与同步，并进行了仿真验证。

摘要： 研究以变速控制力矩陀螺群(VSCMGs)为执行机构的航天器姿态跟踪问题。采用四元数描述姿态, 现时姿态与期望姿态之间的方向余弦矩阵来描述姿态误差.考虑执行机构模型参数不确定和有外干扰的情况, 姿态误差动力学方程为多输入多输出的非线性系统.基于Lyapunov 理论设计了鲁棒自适应控制器, 运用光滑投影算法避免了估计参数陷入奇异。仿真结果表明, 设计的鲁棒自适应控制律明显地缩小了姿态跟踪误差, 很好地解决了外部环境干扰和执行机构由于安装误差或机械磨损造成的轴承方向未对准的问题。

摘要： 本文介绍了国内外几种典型的月球着陆舱的动力系统的配置方案.无论对于哪一种发动机配置,姿态控制器的设计是保证其安全准确着陆的关键.本文基于Martin Corless对于不确定非线性系统的控制思想,推导着陆舱姿态跟踪控制器的表达式并给出控制框图.该控制算法具有很好的鲁棒性.

摘要： 本文针对多体航天器姿态跟踪，提出了一种新的鲁棒控制策略。根据非奇异终端滑模的有限时间收敛属性，提出了一种RBF网络的在线学习算法，提高了RBF网络的逼近效率。应用Liapunov稳定性理论，证明了闭环系统稳定性。最后，通过数值仿真验证了鲁棒控制策略的有效性。

摘要： 文章首次提出并推导了一种基于地磁场和重力场的半球面姿态跟踪算法,实现了根据地磁场和重力场提供的两维信息对物体在半球面内运动姿态的跟踪.该算法把传统姿态跟踪算法中所需要的三维信息降为两维,简化了传统姿态跟踪系统.通过由两轴加速度计和两轴磁传感器构成的实验系统验证表明,算法完全可以实现对物体在半球面内姿态的跟踪.

摘要： 本文提出了分导飞行器载荷释放失效的一种在线检测方案，设计了其姿态跟踪控制律并给出了载荷释放失效时的控制律重构策略。所提方案利用交互式多模型算法的并行结构实时地对载荷释放情况进行检测，当检测结果显示载荷释放失效时，采用带阈值的最大后验概率方法对控制律进行重新配置来保证分导飞行器良好的姿态跟踪性能。最后用分导飞行器一次载荷释放前后的姿态跟踪过程进行了数值仿真，验证了所提方案和策略的有效性。

摘要： 研究航天器集成能量与姿态控制系统(IPACS)中飞轮的控制律问题.首先给出了基于李亚普诺夫方法设计的航天器姿态跟踪控制律,然后重点研究了两种力矩形式的飞轮控制律:基于投影矩阵的控制律和基于奇异值分解的控制律.上述两种控制律用不同的方法将飞轮组的控制力矩向量分解为相互正交的三部分,一部分用于提供姿态控制力矩,一部分使飞轮以给定的功率储/放能,另一部分则用来进行动量管理,以调节各飞轮的相对转速,减小由于转速差过大引起飞轮饱和的可能性.两种控制律都可有效地实现IPACS的三种功能,且实现了飞轮组控制力矩指令的分离.此外用反馈动能的方法对日照期间飞轮组的储能功率进行了规划,避免由于能量过剩引起的飞轮饱和,保证系统长期工作的能量平衡.数值仿真算例证明了控制算法的有效性.

摘要： 针对在轨服务任务中主航天器的姿态对目标航天器指向跟踪的要求,设计了一种以变速控制力矩陀螺为执行机构的自适应滑模姿态控制方法.首先介绍此类航天器的动力学模型,基于修正罗德里格参数(MRP)描述姿态运动.其次设计了滑模控制算法以增强控制律的鲁棒性,采用双曲正切函数来克服滑模控制中存在的抖振问题;考虑工程中实际存在的奇异性问题,设计了一种飞轮/力矩陀螺自主模式切换的执行机构操纵律.最后以一个仿真算例验证了算法的有效性。

摘要： 针对在轨服务任务中主航天器的姿态对目标航天器指向跟踪的要求,设计了一种以变速控制力矩陀螺为执行机构的自适应滑模姿态控制方法.首先介绍此类航天器的动力学模型,基于修正罗德里格参数(MRP)描述姿态运动.其次设计了滑模控制算法以增强控制律的鲁棒性,采用双曲正切函数来克服滑模控制中存在的抖振问题;考虑工程中实际存在的奇异性问题,设计了一种飞轮/力矩陀螺自主模式切换的执行机构操纵律.最后以一个仿真算例验证了算法的有效性。

摘要： 针对在轨服务任务中主航天器的姿态对目标航天器指向跟踪的要求,设计了一种以变速控制力矩陀螺为执行机构的自适应滑模姿态控制方法.首先介绍此类航天器的动力学模型,基于修正罗德里格参数(MRP)描述姿态运动.其次设计了滑模控制算法以增强控制律的鲁棒性,采用双曲正切函数来克服滑模控制中存在的抖振问题;考虑工程中实际存在的奇异性问题,设计了一种飞轮/力矩陀螺自主模式切换的执行机构操纵律.最后以一个仿真算例验证了算法的有效性。

摘要： 本发明公开了一种基于跟踪姿态反馈的太阳跟踪装置及跟踪方法，装置包括受光面板与控制器电连接的传感器、电机，所说受光面板经铰链与支撑杆、高度角调节杆连接，支撑杆的另一端与立柱连接，所说控制器为单片机的模/数端口分别与高度角传感器和方位角传感器电连接、数/模端口分别与高度角驱动电机控制端口和方位角驱动电机控制端口电连接；跟踪方法包括利用经度、纬度和日期时间计算当地当日太阳赤纬和时差，根据经度、纬度、太阳赤纬、时差和时刻实时计算太阳方位角和高度角，利用闭环控制实现实时跟踪；装置结构简单、造价低廉、跟踪方法无误差积累、维护量少，适用于自然环境下无人值守的太阳能开发。

摘要： 本发明公开了一种基于压缩跟踪算法的尺度自适应多姿态人脸跟踪方法，利用压缩跟踪算法对目标人脸进行粗略定位，从而缩小了人脸检测算法的搜索范围，进而提高目标人脸检测算法准确性和实时性；利用人脸检测算法，实现目标人脸的准确定位，同时实现目标人脸的尺度自适应跟踪；利用目标人脸检测算法，解决目标人脸离开镜头再次进入时，跟踪失效的问题；利用目标人脸运动过程在时间上的连续性，实现目标人脸检测算法检测失败情况下的跟踪连续性问题。本发明通过以上方法能够保证摄像头对目标人脸进行准确有效的多姿态，尺度自适应跟踪，可广泛的应用于视频监控、人机交互、虚拟现实以及各种安防系统之中如：ATM机监控门禁系统等。

摘要： 本发明提供了一种人体姿态估计与跟踪系统，包括：姿态估计单元，配置成对当前帧图像中的人体姿态进行估计，输出估计结果；姿态预测单元，配置成根据当前帧之前的连续多帧图像中人体姿态的动态变化对当前帧中的人体姿态进行预测，输出预测结果；融合单元，配置成将所述姿态估计单元的估计结果和所述姿态预测单元的预测结果进行匹配、融合。本发明所提供的融合方式可以同时使用来自人体姿态的动力学信息和来自图像本身的视觉信息。得益于图神经网络的姿态预测，本发明所提供的基于人体动力学建模的人体姿态估计和跟踪方法，即使在有运动模糊和遮挡情况下也可以产生可靠的人体姿态估计和跟踪的结果。

摘要： 本发明公开了一种基于跟踪姿态反馈的太阳跟踪装置及跟踪方法，装置包括受光面板与控制器电连接的传感器、电机，所说受光面板经铰链与支撑杆、高度角调节杆连接，支撑杆的另一端与立柱连接，所说控制器为单片机的模/数端口分别与高度角传感器和方位角传感器电连接、数/模端口分别与高度角驱动电机控制端口和方位角驱动电机控制端口电连接；跟踪方法包括利用经度、纬度和日期时间计算当地当日太阳赤纬和时差，根据经度、纬度、太阳赤纬、时差和时刻实时计算太阳方位角和高度角，利用闭环控制实现实时跟踪；装置结构简单、造价低廉、跟踪方法无误差积累、维护量少，适用于自然环境下无人值守的太阳能开发。

摘要： 一种基于姿态引导重识别特征的并行人体姿态检测跟踪方法，通过输入视频并检测人体区域后统一尺寸，然后检测人体姿态并提取姿态引导增强的重识别特征，最后利用多语义信息进行前后帧匹配，完成人体姿态检测跟踪。本发明能够同时输出姿态检测结果和人体重识别特征，其中人体重识别特征又可以利用人体姿态进行引导增强，利用包括重识别特征、人体检测框和姿态等多种语义信息进行跟踪匹配。

摘要： 本发明提出一种约束姿态跟踪误差的卫星姿态控制方法。该方法首先利用拉格朗日第二方程推导了卫星姿态动力学模型，随后获得了姿态跟踪误差状态方程，并采用具有固定时间收敛特性的扰动观测器实现对外部扰动的估计。然后定义姿态误差的约束函数，并将误差转换为无约束变量，进而定义非奇异快速终端滑模面，最后设计具有鲁棒性的姿态控制器。因此这种方法具有对外界扰动抗干扰能力强，姿态跟踪误差可以按照约束函数进行设计从而获得满意的超调量、上升时间和稳态误差等优点，具有较强的应用价值。

摘要： 设备[100]使用混合姿态跟踪系统，由此混合姿态跟踪系统包括EM姿态跟踪系统和辅助姿态跟踪系统[117，118](诸如视线姿态跟踪系统)二者。混合姿态跟踪系统从EM跟踪系统收集指示发射器[110]和接收器[120]之间的相对姿态的EM姿态数据，并进一步从辅助跟踪系统收集也指示发射器或接收器的姿态的辅助姿态数据。混合姿态跟踪系统计算EM姿态数据和辅助姿态数据的加权组合(例如，加权和)，以生成用于设备的最终姿态。

摘要： 一种多个对象的姿态跟踪方法、设备和非暂时性计算机可读介质。所述方法包括：由处理器从视频序列中的多个连续帧的每个帧中检测对象；由处理器估计所述多个连续帧的每个帧中的每个对象的姿态；以及由处理器跟踪所述每个对象跨越所述多个连续帧的姿态。

摘要： 本发明提出一种约束姿态跟踪误差的卫星姿态控制方法。该方法首先利用拉格朗日第二方程推导了卫星姿态动力学模型，随后获得了姿态跟踪误差状态方程，并采用具有固定时间收敛特性的扰动观测器实现对外部扰动的估计。然后定义姿态误差的约束函数，并将误差转换为无约束变量，进而定义非奇异快速终端滑模面，最后设计具有鲁棒性的姿态控制器。因此这种方法具有对外界扰动抗干扰能力强，姿态跟踪误差可以按照约束函数进行设计从而获得满意的超调量、上升时间和稳态误差等优点，具有较强的应用价值。

摘要： 设备[100]使用混合姿态跟踪系统，由此混合姿态跟踪系统包括EM姿态跟踪系统和辅助姿态跟踪系统[117，118](诸如视线姿态跟踪系统)二者。混合姿态跟踪系统从EM跟踪系统收集指示发射器[110]和接收器[120]之间的相对姿态的EM姿态数据，并进一步从辅助跟踪系统收集也指示发射器或接收器的姿态的辅助姿态数据。混合姿态跟踪系统计算EM姿态数据和辅助姿态数据的加权组合(例如，加权和)，以生成用于设备的最终姿态。