Linear control provides a very powe

Linear control provides a very powerful set of procedures for controller, a vehicle
near trim conditions. As shown in this chapter, there are numerous choices to be
made, with the primary being classical/PID versus state space. Classical techniques
are useful for relatively simple systems (low-state dimension). This is often the case
for most airplanes in that the full dynamics decouple into the longitudinal and lateral
dynamics and then can be further decomposed into even simpler models associated
with the primary dynamic modes (e.g., phugoid, short period, spiral, dutch roll
(Nelson and Smith 1989)). UAVs, with rotorcraft or other less traditional planforms,
might not exhibit equivalent decompositions, but this option should be considered.
If there remains significant coupling in the dynamics, then the large number of
modes (poles) can greatly complicate a classical design, and a state space approach
should be considered. Two state space options were presented: LQG and H1, both
of which consider different performance objectives. The particular challenge with
the LQG (and to some extent LQR) and H1 control systems is determining the
system dynamics with sufficient accuracy to ensure that the controllers are robust
and work well in practice. This can often require extensive modeling, wind tunnel
testing, and system identification. Robust control approaches exist if necessary, but
the design procedures are quite complicated compared to those shown here.
With all of the design approaches, the fundamental challenge is to determine
what are the design objectives (i.e., the pole locations in classical design, the Rxx
and Ruu matrices in LQR, and the Ws.s/ and Wu.s/ in H1 control). It should
be noted that well-studied guidance and control strategies for manned aircraft
may be overly conservative for unmanned vehicles. Choosing these performance
specifications can be an iterative process requiring many tests to achieve good/robust
overall vehicle performance, especially for a controller with many nested loops.
Typically, the tendency with many control designs is to push the performance as
high as possible. This is certainly true for the inner loops of the successive loop
architecture in Fig. 27.13. Actuator magnitude (and rate) saturation are then natural
limits on the achievable performance and should be modeled accurately to test the
stability of the system. Excessive feedback of sensor noise and bias can then often be
a problem, as can fatigue of the vehicle actuators if the control gains are very high.
As seen in Sect. 27.2, UAV dynamics are inherently nonlinear. Therefore, any
linear control approach can only be guaranteed to be locally stable. Hence, it
may be difficult to extract the desired performance or even guarantee stability
when agile maneuvers are performed. For traditional fixed wing configurations
executing way-point flight, this is usually not a significant problem due to vehicle
symmetry and inherent stability. However, for rotorcraft platform and other non574
J.P. How et al.
traditional configurations, it may be difficult to guarantee satisfactory performance
with a single linear controller. Nonlinear and adaptive control techniques must
also be evoked when the linear models of the UAV are not exactly known or
are time varying. The problem of design and analysis of nonlinear controllers is
studied in the companion chapter on nonlinear flight control techniques for UAVs

Kết quả (Việt) 1:

Điều khiển tuyến tính cung cấp một bộ rất mạnh mẽ của các thủ tục cho bộ điều khiển, một chiếc xegần trim điều kiện. Như minh họa trong chương này, có rất nhiều lựa chọn đểthực hiện, với chính là cổ điển/PID so với không gian trạng thái. Kỹ thuật cổ điểncó ích đối với hệ thống tương đối đơn giản (thấp-bang kích thước). Điều này thường là trường hợpĐối với hầu hết máy bay trong đó các động thái đầy đủ decouple vào theo chiều dọc và bênđộng lực học và sau đó có thể được tiếp tục bị phân hủy thành thậm chí đơn giản hơn các mô hình liên kếtvới các chế độ năng động chính (ví dụ như, phugoid, khoảng thời gian ngắn, xoắn ốc, cuộn Hà Lan(Nelson và Smith năm 1989)). UAV, với rotorcraft hoặc khác ít truyền thống planforms,không có thể triển lãm tương đương decompositions, nhưng tùy chọn này cần được xem xét.Nếu có vẫn còn đáng kể khớp nối trong các động thái, sau đó số lượng lớnchế độ (Ba Lan) có thể rất nhiều phức tạp một thiết kế cổ điển, và một cách tiếp cận space nhà nướccần được xem xét. Hai nhà nước space lựa chọn đã được trình bày: LQG và H1, cả haiviệc xem xét mục tiêu hiệu suất khác nhau. Những thách thức cụ thể vớiLQG (và một số mức độ LQR) và hệ thống kiểm soát H1 là xác định cácHệ thống động lực với độ chính xác đủ để đảm bảo rằng các bộ điều khiển mạnh mẽvà làm việc tốt trong thực hành. Điều này thường có thể yêu cầu mở rộng mô hình, đường hầm gióthử nghiệm, và hệ thống nhận dạng. Phương pháp tiếp cận kiểm soát mạnh mẽ tồn tại nếu cần thiết, nhưngCác thủ tục thiết kế được khá phức tạp so với những người Hiển thị ở đây.Với tất cả các phương pháp tiếp cận thiết kế, thách thức cơ bản là để xác địnhmục tiêu thiết kế (tức là, các cực địa điểm trong thiết kế cổ điển, Rxx là gì"và Ruu ma trận trong LQR, và Ws.s/ và Wu.s/ trong H1 kiểm soát). Nó nênlưu ý rằng được nghiên cứu chiến lược hướng dẫn và kiểm soát để có người lái máy baycó thể là quá bảo thủ nhất không người lái xe. Việc lựa chọn hiệu suấtthông số kỹ thuật có thể là một quá trình lặp đi lặp lại yêu cầu nhiều xét nghiệm để đạt được tốt/mạnh mẽtổng thể hiệu suất xe, đặc biệt là cho một bộ điều khiển với nhiều lồng nhau vòng.Thông thường, xu hướng với nhiều quyền kiểm soát thiết kế là đẩy vai diễncao nhất có thể. Điều này là chắc chắn đúng đối với các vòng bên trong vòng kế tiếpkiến trúc trong hình 27.13. Thiết bị truyền động độ lớn (và tỷ lệ) bão hòa sau đó được tự nhiêngiới hạn trên việc thực hiện thành công và nên được mô phỏng chính xác để kiểm tra cácsự ổn định của hệ thống. Thông tin phản hồi quá nhiều tiếng ồn cảm biến và thiên vị có thể thườngmột vấn đề, như có thể mệt mỏi của các cơ cấu truyền động xe nếu các lợi ích kiểm soát là rất cao.Như đã thấy trong Sect. 27.2, UAV dynamics vốn phi tuyến. Vì vậy, bất kỳcách tiếp cận tuyến tính điều khiển chỉ có thể được đảm bảo để ổn định tại địa phương. Do đó, nócó thể được khó khăn để trích xuất hiệu suất mong muốn hoặc thậm chí đảm bảo sự ổn địnhkhi cơ động nhanh nhẹn được thực hiện. Cho cấu hình cánh cố định truyền thốngthực hiện chuyến bay cách-điểm, điều này thường không phải là một vấn đề đáng kể do xeđối xứng và sự ổn định vốn có. Tuy nhiên, cho rotorcraft nền tảng và non574 khácJP Làm thế nào et al.cấu hình truyền thống, nó có thể được khó khăn để đảm bảo hiệu suất thỏa đángvới một bộ điều khiển tuyến tính duy nhất. Kỹ thuật điều khiển phi tuyến và thích nghi phảicũng được gợi lên khi các mô hình tuyến tính của UAV không chính xác được biết đến hoặcthời gian có khác nhau. Vấn đề thiết kế và phân tích của bộ điều khiển phi tuyến lànghiên cứu trong chương đồng hành trên phi tuyến bay kiểm soát kỹ thuật cho UAV

Kết quả (Việt) 2:

Điều khiển tuyến tính cung cấp một tập hợp rất mạnh mẽ của các thủ tục điều khiển, một chiếc xe
ở các điều kiện cắt. Như đã trình bày trong chương này, có rất nhiều lựa chọn được
thực hiện, với sự chính là cổ điển / PID so với không gian trạng thái. Kỹ thuật cổ điển
này rất hữu ích cho các hệ thống tương đối đơn giản (kích thước-nhà nước thấp). Điều này thường là trường hợp
cho hầu hết các máy bay trong đó toàn bộ động lực tách vào theo chiều dọc và ngang
năng động và sau đó có thể được tiếp tục phân hủy thành các mô hình đơn giản hơn kết hợp
với các chế độ năng động chính (ví dụ, phugoid, thời gian ngắn, xoắn ốc, cuộn dutch
(Nelson và Smith 1989)). UAV, với rotorcraft hoặc planforms ít truyền thống khác,
có thể không thể hiện sự phân tách tương đương, nhưng tùy chọn này nên được xem xét.
Nếu vẫn còn khớp nối quan trọng trong sự năng động, sau đó số lượng lớn các
chế độ (cực) rất có thể làm phức tạp một thiết kế cổ điển, và một cách tiếp cận không gian trạng thái
cần được xem xét. Hai lựa chọn không gian nhà nước đã được trình bày: LQG và H1, cả
trong đó xem xét các mục tiêu hiệu suất khác nhau. Các thách thức đặc biệt với
các hệ thống điều khiển H1 LQG (và đến một mức độ nào đó LQR) và được xác định
động lực học hệ thống với đủ độ chính xác để đảm bảo rằng các bộ điều khiển là mạnh mẽ
và làm việc tốt trong thực tế. Điều này thường có thể yêu cầu mở rộng mô hình, đường hầm gió
thử nghiệm, và nhận dạng hệ thống. Phương pháp kiểm soát mạnh mẽ tồn tại nếu cần thiết, nhưng
các thủ tục thiết kế khá phức tạp so với những hiển thị ở đây.
Với tất cả các phương pháp thiết kế, những thách thức cơ bản là xác định
các mục tiêu thiết kế (tức là, các vị trí pole trong thiết kế cổ điển, Rxx là gì
và ma trận Ruu trong LQR, và Ws.s / và Wu.s / kiểm soát H1). Nó nên
được lưu ý rằng các chiến lược hướng dẫn và kiểm soát được nghiên cứu cho máy bay có người lái
có thể là quá bảo thủ cho xe không người lái. Lựa chọn các hiệu suất
thông số kỹ thuật có thể là một quá trình lặp đi lặp lại đòi hỏi nhiều thử nghiệm để đạt được tốt / mạnh mẽ
hiệu suất tổng thể chiếc xe, đặc biệt là đối với một bộ điều khiển với nhiều vòng lồng nhau.
Thông thường, các xu hướng với nhiều mẫu mã kiểm soát là để thúc đẩy việc thực hiện như
cao càng tốt. Điều này là chắc chắn đúng cho các vòng trong của vòng lặp kế
kiến trúc trong hình. 27,13. Thiết bị truyền động cường độ (và tốc độ) độ bão hòa sau đó tự nhiên
giới hạn về hiệu suất đạt được và nên được mô hình chính xác để kiểm tra
sự ổn định của hệ thống. Phản hồi quá nhiều tiếng ồn cảm biến và thiên vị thì có thể thường là
một vấn đề, ​​cũng như cộng sự mệt mỏi của các bộ truyền động xe nếu tăng kiểm soát là rất cao.
Như đã thấy trong phái. 27,2, động lực UAV vốn đã phi tuyến. Vì vậy, bất kỳ
phương pháp điều khiển tuyến tính chỉ có thể được đảm bảo ổn định tại địa phương. Do đó, nó
có thể khó khăn để trích xuất hiệu quả mong muốn hoặc thậm chí đảm bảo sự ổn định
khi diễn tập được thực hiện nhanh nhẹn. Đối với cấu hình cánh cố định truyền thống
thực hiện chuyến bay cách điểm, điều này thường không phải là một vấn đề nghiêm trọng do xe
đối xứng và sự ổn định vốn có. Tuy nhiên, cho nền tảng rotorcraft và non574 khác
JP Làm thế nào et al.
Cấu hình truyền thống, nó có thể khó khăn để đảm bảo hiệu suất thỏa đáng
với một bộ điều khiển tuyến tính duy nhất. Kỹ thuật điều khiển phi tuyến và thích nghi phải
cũng được gợi lên khi các mô hình tuyến tính của các UAV không biết chính xác hoặc
là thời gian khác nhau. Các vấn đề của thiết kế và phân tích của các bộ điều khiển phi tuyến được
nghiên cứu trong chương đồng về kỹ thuật kiểm soát chuyến bay phi tuyến cho UAV