一、基本信息：

研究方向：非线性系统理论、方法及应用研究

发表于 International Journal of Robust and Nonlinear Control

影响因子：3.2

二、论文内容简介

本文主要研究四旋翼无人机(UAV)系统有限时间容错跟踪控制问题。主要创新点是:

(1)Lyapunov函数的简单三次形式应用于四旋翼无人机位置环控制器设计;

(2)指令滤波技术有效地解决了复数的推导难题控制器设计过程中的耦合矩阵;

(3)改进的干扰采用了观测器和可变阈值事件触发机制四旋翼无人机系统。

总之，整体方法结合了反步法和有限时间Lyapunov稳定性理论，最终证明闭环系统中全部信号都是有限时间稳定的。

三、研究背景

非线性系统的跟踪控制问题一直备受瞩目。四旋翼无人机作为一个典型的非线性系统，由于其结构简单、起降方便等特点，已被广泛应用于航空航天、农业、物流和灾害监测等领域。然而，由于四旋翼在飞行过程中易受阵风等不确定外部扰动的影响，因此采取适当的措施应对未知干扰对飞行的影响至关重要。近年来，扰动观测器成为减小外部扰动影响的有效解决方案之一，其基本思想是利用扰动与系统动力学的关系来估计扰动状态，并通过反馈控制抵消扰动影响，进而提高系统的稳定性和控制精度。此外，在一些实际用中，系统快速收敛到稳定状态是至关重要的。有限时间控制是指在有限时间内达到预期的性能要求。由于其广泛的适用性，该方法已被用于各种类型的系统。然而，有限时间与传感器故障补偿相结合仍然是一个相对较新的研究领域。

 四、创新内容与工程应用价值

1. 本成果首次解决了传感器故障情况下四旋翼无人机的跟踪控制问题。与现有成果相比，本文采用了简单的立方型Lyapunov函数，降低了控制器设计的复杂性。

2. 目前很多相关成果，所设计的四旋翼无人机控制器没有考虑复杂性引起的耦合矢量导数和反步方法引起的“差分爆炸”问题。本成果通过结合命令过滤技术来解决这些挑战，有效地缓解了上述问题，并提高了控制器设计过程的简单性和灵活性。

3.本成果使用近似导数定义代替传统的扰动观测器。这种修正提高了观测扰动的精度，使其更接近四旋翼系统外部扰动的真实值。此外，本成果提出了开关阈值的研究进展。改进后的阈值具有更平滑的交换特性，从而提高了通信资源的利用率。

五、基于灵思创奇设备

应用研究，其关键价值在于实验室或实验平台的成果向现实生产力的转化。在本成果的研究过程中，先从理论上进行严谨的数学分析及理论推导，证明算法的有效性。然后，利用仿真软件进一步证明所提成果的可行性。本成果的创新之一亦体现在所提算法基于灵思创奇公司提供的四旋翼实验平台开展实验，其实验结果验证了所本成果的有效性。因此，该成果不仅具有重要的理论意义，也具有重要的应用价值。