JBE封面故事 | 扑翼飞行器在内部和外部扰动下的主动抗扰高度控制与更细致的扰动测量

JBE封面故事

自然界中的蜂鸟在许多极端的环境下依然能保持稳定飞行和高度控制，这得益于其所具备的多维度感知能力以及出色的主动控制策略。为了进一步探索这高超飞行技巧背后的秘密，如何使小尺度下的仿生扑翼飞行器具备多维度感知能力和抗扰能力的成为了一个挑战。

在本期《仿生工程学报》中，微米纳米加工技术国家级重点实验室（上海交通大学）的智能无人微系统研究团队研发了无尾微型扑翼飞行器的轻量化的三维速度机载感知系统和主动抗扰能力的控制技术。通过建立的刚体动力学模型以及所感知的相对运动速度，可以实时量化飞行器相对运动所引起的风扰大小。对于其余的总扰动，研究团队提出了一种自抗扰控制器来估计和抑制这些干扰。以飞行器的高度控制为例，通过与传统PID控制器的比较，上述综合方法展现了更好的控制精度，以及超调和扰动的抑制能力。

结果表明：在有内部未建模动态的悬停飞行实验中，高度控制的均方根误差仅为2.53 cm。在装载不同的载荷重量悬飞过程中，飞行器的上升轨迹保持惊人的一致。在有外部风扰的前向飞行实验中，高度控制的均方根误差仅为2.78 cm。当飞行器飞越一个引入外部突变扰动的台阶时，最大超调量仅为PID控制器控制的一半。

封面图片展示了受自然界中蜂鸟启发的无尾微型扑翼飞行器整体设计思路，该方法有望为在有扰动环境中的微型扑翼飞行器提供一个新的设计与控制思路。

More Detailed Disturbance Measurement and Active Disturbance Rejection Altitude Control for a Flapping Wing Robot under Internal and External Disturbances

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通讯作者

张卫平

工学博士，上海交通大学电子信息与电气工程学院教授，博士生导师，微米纳米加工技术国家级重点实验室副主任，中国微米纳米技术学会珀金优秀科学家，全国微机电技术标准化技术委员会委员，惯性仪表与元件专业委员会委员，上海市惯性技术学会理事，入选教育部新世纪优秀人才支持计划、上海市人才发展资金支持计划、上海交通大学晨星优秀青年学者奖励计划，国家技术发明奖获得者。长期从事智能无人微系统、仿生微机器人、微机电系统（MEMS）、微惯性技术、模拟数字混合嵌入式控制检测技术的研究。教师主页：https://dmne.sjtu.edu.cn/dmne/faculty/zhangweiping/

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