Ducted Fan Type Two-Axis Control Platform Implementation

Chih-Hui Chiu

doi:10.1007/s40815-025-02096-9

2025-08-11

PRE

Chih-Hui Chiu *

Chieh-Min Lin

Ya-Fu Peng

DOI：10.1007/s40815-025-02096-9

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摘要

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近年来，飞行平台取得了快速发展，但实现稳定可靠的姿态控制仍然是核心技术挑战。本研究提出了一种适用于配备双轴控制能力的涵道风扇平台的实时控制框架。为应对真实动态环境的复杂性，开发了一种增强型自适应区间型II模糊逻辑控制器（AIT2FLC），并集成了监督控制机制。所提出的系统由三个核心组件构成：（1）自适应区间型II模糊控制器，旨在将平台从不稳定状态稳定至稳定状态。该控制器通过引入基于李雅普诺夫分析的适应性机制，解决了传统IT2FLC普遍缺乏保证稳定性的系统框架这一局限；（2）监督控制器，确保系统状态保持在预定义的安全约束范围内，为应对大扰动或模型不确定性提供了额外的鲁棒性保障；（3）定制设计的涵道风扇实验平台，能够在地面环境中实现完整的飞行姿态控制，同时确保在激进机动和实时验证过程中的结构安全性。与常规旋翼飞行器测试平台不同，涵道风扇构型提供了一种紧凑且封闭的推进系统，显著降低了控制器开发与测试过程中的硬件损坏风险，使其成为评估先进控制策略的理想实验平台。本工作的主要贡献有两方面：（1）开发了一种双轴涵道风扇平台，支持安全、可重复且全面的飞行姿态控制测试；（2）提出了基于区间型II模糊逻辑的鲁棒控制框架。AIT2FLC的适应性规则通过李雅普诺夫稳定性分析严格推导，确保了闭环系统稳定性与精确轨迹跟踪。所提出控制方法的有效性通过大量实验评估得到验证，展示了其在空中平台稳定化应用中的鲁棒性、快速收敛性以及高可靠性、高安全性的实际适用性。

Keyword:

Ducted fan type experimental platform

Real-time system

Adaptive control

Interval type-2 fuzzy logic control

Supervisor controller

Compensated control