小型无人机发电系统的研制

本文介绍了一种适用于无人机的专用电源系统的设计方案,该方案由永磁同步发电机和宽电压输入范围的电源变换/调节装置组成.该方案具有系统结构简单、可靠性高、电源品质高和转速范围宽的优点,并对电源系统进行了实验验证,实验结果和理论分析一致.     

活塞发动机高空动力恢复方法的探索

分析了新一代无人机动力的发展, 针对小型无人机的活塞式动力装置的性能特点, 提出了一种小型无人机二级增压系统匹配的高空实现方法.并对发动机的高空性能进行了初步分析, 验证了方案的可行性, 为高空无人机动力装置提供了设计依据.      

无人机自主防碰撞方法研究

针对涉及无人机安全的防碰撞问题,提出基于最优化理论的自主防碰撞方法.通过对无人机自主防碰撞过程的定性分析,建立了无人机自主防碰撞系统;然后分析了应用于该系统中不同阶段的防碰撞方法,并基于最优化理论提出了三维、动态碰撞预测与防碰撞方法,最后将规避策略转化为无人机机动控制指令实现规避.仿真结果验证了方法的有效性.     

非对称衰落信道下无人机中继传输方案及性能分析

 无人机(UAV)作为中继传输平台受到了国内外研究人员的广泛关注。本文研究了非对称衰落信道下的无人机中继传输系统,提出了输出信噪比最大化准则下的波束形成(BF)优化方案,并推导出系统中断概率、遍历容量和平均误符号率等无线通信系统主要性能指标的理论表达式。通过计算机仿真验证了本文提出的中继传输方案及性能分析的正确性,并定量分析了天线数量、信道参数以及功率分配对系统性能的影响,为无人机中继传输系统的设计及性能评估提供了参考和依据。     

QFT在无人机控制系统设计中的应用

分析和总结了定量反馈理论(QFT)的基本原理和设计步骤,并应用该理论对某型无人机的控制系统进行了设计研究.研究发现,QFT能够很好地解决由于模型参数具有不确定性的无人机控制系统鲁棒性设计问题,并从工程应用角度为无人机提供了一种鲁棒控制设计方案.仿真结果及与一般控制方案比较表明,用这种理论方法设计的控制系统不仅控制效果良好,而且有较强的工程应用价值.     

燃料电池无人机动力系统方案设计与试验

针对燃料电池为主能源的无人机（UAV）动力系统,设计了纯燃料电池动力系统、燃料电池/蓄电池（简称燃蓄）被/主动混合动力系统3种拓扑结构方案。以空冷质子交换膜燃料电池为例,搭建了燃料电池动力系统方案一体化试验平台。考虑阶梯型和阶跃型2种加载形式,试验研究了燃料电池自身的动态特性和启动特性。以阶梯型功率剖面的加载形式,试验研究了纯燃料电池动力系统放电特性;以无人机典型任务剖面作为加载形式,开展燃蓄被/主动混合动力系统对比试验研究。试验结果表明：纯燃料电池动力方案适用于低机动小型无人机,燃蓄被动混合方案可满足小型无人机大机动飞行,燃蓄主动混合方案系统可适应中大型无人机更长航时飞行。     

某型无人机襟翼操纵系统改进设计

针对由于襟翼操纵系统刚强度不足导致襟翼偏角角度不足,无人机滑行距离过长的问题,提出了无人机襟翼操纵系统的改进设计方法,详细介绍了某无人机襟翼操纵系统改进方案。在襟翼操纵系统有限元仿真分析和力学实验结果的基础上,解析当前襟翼操纵系统存在的关键问题,并针对该问题提出了相应的解决方案,对襟翼操纵系统的结构形式进行改进,更换了襟翼结构材料,提高了襟翼操纵系统可靠性,为襟翼操纵系统的结构设计提供了理论基础和可行性设计方法。     

基于光学导引的无人机自动着陆控制系统设计

针对目前无人机采用的某些着陆导引方式存在的覆盖面积小、易受干扰等缺点,设计了基于光学导引系统的无人机自动着陆控制系统.建立了某型无人机的纵向和横侧向的线性方程,结合光学导引系统的性能指标提出了光学导引自动着陆系统的总体结构,设计了理想下滑轨迹和自动着陆控制律方案,将光学导引系统和自动着陆控制系统结合在一起,运用经典PI...     

小型电动无人机深失速回收仿真研究

对几种典型的小型无人机回收方式进行了比较,针对小型电动无人机翼载荷较小的特点,深失速回收方式具有明显优势,并给出了具体的深失速回收方案.通过分析大迎角情况下无人机的动力学模型,推导了在深失速情况下无人机的状态方程,建立了无人机深失速回收仿真模型,并以某型近程电动无人机为对象,在Matlab/Simulink中对深失速模...     

变体无人机动力学模型及切换控制研究

针对能够在飞行过程中进行结构变形的变体无人机,考虑由变形引起的气动力与力矩,惯性力与力矩的非线性变化,建立其在质点系假设条件下的多体动力学模型。根据切换系统理论,将变体无人机视为一类线性切换系统,选择设计点,采用极点配置方法针对各设计点处的线性子系统设计控制器,再制定以变形量为决策变量的控制切换方案,构成切换控制系统。通过建立公共Lyapunov函数,推导了能够保证闭环切换系统在结构变形过程中一致有界的充分条件。以变体无人机Fire-Bee为例,验证了方案的有效性,仿真结果表明闭环系统无论在固定结构下还是变形过程中都具有良好的动态特性。     

无人机飞行控制半物理仿真系统设计

飞控计算机应用到无人机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文设计了对飞控计算机进行全面测试的飞行控制半物理仿真系统。选用RTLinux作为操作系统,使用MATLAB Simulink建立某型无人机飞控系统仿真模型,采用RTW（Real Time Workshop）工具,自动生成优化的嵌入式实时仿真代码,在线调整模型参数并监视仿真数据。大量仿真试验表明：该方法能够较大程度地提高仿真代码的效率和可靠性,降低仿真软件的开发工作量,缩短开发周期,提高仿真软件的质量和仿真系统的性能,是一种值得推广的方法。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

无人机机动轨迹跟踪系统设计

对无人机机动飞行轨迹跟踪系统的内环姿态控制律和外环轨迹跟踪控制律两部分分别进行了设计。利用非线性动态逆方法设计了内环姿态控制律。外环轨迹跟踪控制律采用逆动力学前馈加模糊反馈的控制结构,提高系统对飞行条件及期望轨迹剧烈变化时的跟踪精度。仿真结果表明,所设计的系统能够控制无人机精确跟踪指定的机动轨迹,且相对于固定增益系统具有更好的鲁棒性。     

Full mode flight dynamics modelling and control of stopped-rotor UAV

The Stopped-Rotor (SR) UAV combines the advantages of vertical take-off and landing of helicopter and high-speed cruise of fixed-wing aircraft. At the same time, it also has a unique aerodynamic layout, which leads to great differences in the control and aerodynamic characteristics of various flight modes, and brings great challenges to the flight dynamics modelling and control in full-mode flight. In this paper, the flight dynamics modelling and control method of SR UAV in full-mode flight is studied. First, based on the typical flight profile of SR UAV when performing missions, using the theory and method of fuzzy mathematics, the T-S flight dynamics model of SR UAV in full-mode flight is established by synthesizing the flight dynamics model of each flight mode. Then, an explicit model tracking and parameter adjusting control system based on fuzzy theory is designed to enhance the stability of the inner loop of SR UAV in full-mode flight, which effectively reduces the coupling between axes and improves the control quality of the system. Finally, the outer loop control system is designed by using classical control method, and the control law of SR UAV in full-mode automatic flight is obtained. The simulation results show that the proposed control system design method is feasible and effective, which lays a solid foundation for the subsequent engineering implementation of the SR UAV.     

无人机非方阵系统解耦控制

针对无人机(UAV)盘旋侦察飞行过程中,横侧向运动为非方阵多变量系统,且存在强耦合作用的问题。提出了一种新型的解耦方法。首先建立无人机横侧向非方阵系统模型,并采用内环反馈方法对模型进行了方阵化,然后基于一种最优化的逆乃奎斯特阵列法,提出了扩展INA法迭代公式,用于无人机非方阵系统的动态解耦补偿器求解。仿真结果表明:补偿后无人机偏航、滚转通道间的耦合效应明显降低;且设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

基于LMI的鲁棒滤波在无人机飞控系统中的应用

针对无人机在实际飞行过程中存在外界干扰以及传感器量测噪声的问题,应用线性矩阵不等式理论对无人机飞控系统进行了降阶鲁棒滤波器设计.讨论了适用于连续系统的降阶鲁棒滤波算法以及滤波器存在的条件.最后,进行了无人机纵向高度保持阶段的数字仿真,给出迎角与俯仰角速度的仿真曲线,仿真结果验证了该算法的合理性和有效性.     

无人机自动着陆中的机器视觉辅助技术

设计了一套辅助无人机自动着陆的机器视觉系统。该系统由机载硬件设备和用户开发软件共同组成,用以完成数字图像处理任务和无人机运动参数估计任务。系统传感器包括一个单目摄像机和机载惯性陀螺;数字图像处理使用的主要算法有图像的轮廓提取、角点检测和模版匹配。基于角点处各个方向上灰度差变化较大的特征,依据最小核值相似(SUSAN)算法和角点几何结构分析,提出一种改进的角点特征提取算法;根据任务开发的位置参数估计算法依据摄像机透视投影理论,运用摄像机成像标定方法导出了一种高精度的位置测量模型。通过计算机仿真表明,所提出的计算机视觉位置参数估计算法可以达到无人机着陆过程的精度要求。     

一种地理围栏内无人机航迹跟踪方法

针对UTM体制中无人机在地理围栏内的飞行监视问题,提出一种约束状态相关模态转换混合估计算法(CSDTHE)。采用随机线性混杂系统模型对无人机运动状态进行建模,利用CV、CT和CA三种模态描述无人机的飞行状态,以构建地理围栏内无人机运行的通用模态转换模型框架。利用飞行模态改变点(FMCP)定义相关模态转换参数,设计模态转换条件,生成模态转换概率矩阵,从而建立与状态相关的模态转换模型。运用约束卡尔曼滤波(CKF)方法对直线阶段和转弯阶段的无人机运动速度分别施加等式约束,并通过仿真实验验证了CSDTHE算法对无人机跟踪的有效性。     

基于PX4飞控的多旋翼无人机编队跟踪系统设计

为解决单架无人机续航能力不足、执行任务单薄、应用场合受限等问题，目前多无人机协同跟踪具有极其重要的研究价值。以多旋翼无人机为研究对象，设计了一种基于 PX4飞控的多旋翼无人机协同编队系统。利用飞控底层软件，将设计的制导律进行移植，通过ROS系统对无人机进行外部控制，各个僚机和长机之间能够实时获取其他无人机位置，然后通过控制器得到指令速度，从而形成预设跟踪编队。仿真实验结果表明，整个编队系统对目标的跟踪精确有效，并且所设计的制导律可以在PX4飞控架构下实现对地面目标的编队跟踪，提高了多旋翼编队跟踪系统的稳定性。     

基于Matlab的无人机全过程飞行仿真

为了对小型无人机全过程飞行仿真进行研究,根据无人机飞行控制回路和制导回路,搭建了模块化的系统仿真结构,将Matlab/Simulink和Stateflow有机结合起来,建立了易于维护和扩展的仿真环境。利用仿真环境对无人机的控制规律和制导规律进行了仿真,结果表明了控制规律和制导规律的合理性,以及全过程仿真环境的实用性。