无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试技术研究

无人机飞行控制与管理系统担负着飞行控制、飞行管理、任务设备管理和火力控制等重要使命,在无人机系统研制中至关重要。根据对无人机飞行控制与管理系统组成与功能分析,介绍了基于仿真测试仪的控制与管理计算机动态仿真与测试方法,重点阐述了故障注入与测试方法;进而提出了飞行控制与管理系统动态仿真测试环境的构建原则和动态测试方法,最后指出了无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试的后续发展趋势。     

无人机自动控制仿真系统研究与实现

航迹控制回路是无人机自动控制飞行中的重要环节,它涉及无人机的姿态、航向和飞行状态等重要参数的变化。根据飞行控制的基本控制律实现了无人机在复杂航迹条件下的安全飞行控制,模拟出无人机在自动控制下的航迹、盘旋和着陆等的飞行任务。采用面向对象方法设计了基于堆栈的通用化的航线管理类。并分析了无人机在手动操作切换到自动控制方式时寻找航迹点飞行中可能出现的问题,提出了相应的解决方案。     

单发夹角式火箭助推发射起飞仿真技术研究

通过分析某型单发夹角式火箭助推发射无人机从助推火箭点火到爬升至安全高度的运动过程,建立了某型无人机发射起飞全阶段的动力学模型,运用Matlab编写了发射起飞段的飞行仿真程序。仿真结果与实际飞行结果对比分析表明,仿真预测的结果与该型无人机的实际飞行结果较为吻合。此外,探索了一种准确、快速地确定非标状态下安全发射包线的方法,提高了仿真程序的通用性和快速性。     

无人机通信信道的统计模型

讨论了一种无人机通信信道的统计模型,分析了无人机通信信道的组成,给出了冲激响应模型,然后将信道按照无人机的实际飞行划分成为3个主要的状态,即途中飞行状态、任务区域盘旋状态和起飞/降落状态,根据部分理论计算和参考文献分析了每个状态下信道的参数,最后给出了无人机在不同飞行状态下误码率性能的仿真结果。对于当前没有较完备的无人机通信系统实测数据时,进行无人机通信信道的统计模型建立和仿真等方面的研究具有重要意义。     

无人机通用型智能化飞行控制与管理系统

各式各样的无人机相继问世,在军用、民用和科研等领域发挥出越来越重要的作用.无人机飞行控制与管理系统是一种具有高性能的自主导航、自主飞行控制、任务管理的综合系统.无人机飞行控制与管理系统作为无人机的神经系统,对无人机的性能和安全性起着决定性的作用.对此类飞行控制系统的技术研究一直受到航空发达国家的高度重视.     

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。     

基于Qt的多旋翼电动无人机地面站软件设计与实现

为实现某型多旋翼电动无人机实时、全维度、全天候的飞行姿态控制和设备状态监测,介绍了一种基于Qt 5.9.1跨平台C++图形用户界面应用程序开发环境的无人机地面控制系统软件,包括其结构、功能,以及具体实现方式。该系统有效地实现了无人机飞行状态实时监测,控制无人机的飞行轨迹,对故障状态及时警报并采取相应的措施,同时完成相应的载荷任务。最后,根据使用该系统进行飞行试验所采集的数据参数,对系统安全性、可靠性和适应性进行分析。     

基于符号控制的无人机飞行控制律设计

以某小型无人机为研究对象,通过分析,针对无人机的飞行控制律的非线性、不确定性等问题,研究了一种基于符号控制方法,并应用于无人机飞行控制律的设计。首先研究和建立无人机六自由度非线性数学模型,无人机数学模型是其飞行控制系统设计的基础;其次就是对其非线性模型进行线性化处理,实现其离散化,而后对其采用符号控制,调整符号控制输入,确定其符号控制结构,采用符号控制算法寻优。最后对此进行了matlab仿真,实现了无人机飞行控制律的优化设计,仿真结果表明,这种控制新方法设计的无人机飞行控制能达到较好的控制效果,可应用于飞行控制系统的设计。     

发动机稳态与过渡态控制集成设计仿真验证

研究了某型涡扇发动机全飞行包线稳态与过渡态控制集成设计问题.首先利用根轨迹分析法和时域分析法设计了从慢车状态到最大状态的多个比例积分(PI)设定点控制器,并利用增益调参和换算参数得到了全飞行包线的稳态控制器参数.然后将加减速控制计划与稳态控制通过max/min逻辑进行集成,考虑了抗积分饱和功能及设计了相应的抗积分饱和模块,最后得到的集成控制系统在软件MATLAB/Simulink下进行了仿真验证.仿真结果表明集成控制系统稳态时抗扰动性能良好,过渡过程中曲线平滑,有效利用了各种限制条件还兼有抗积分饱和功能并且能进行平滑切换.      

VxWorks下飞行模拟系统研究与设计

介绍了基于嵌入式实时操作系统VxWorks的无人机仿真系统。建立了无人机动力学及运动学数学模型,给出了气动系数的拉格朗日插值计算方法,采用一种全新的方法实现飞行模拟,即利用RTW接口下载飞机数学模型到VxWorks操作系统。最后给出了半物理仿真和全数字仿真的对比曲线,验证了仿真系统的正确性。该系统的研制成功,对于验证无人机飞控/导航控制律及加快无人机研制进度有重要意义。     

基于Simulink的无人机自主飞行全程仿真研究

研究在Simulink下进行无人机自主飞行全程仿真的方案,用Aerospace模块建立无人机的非线性数学模型,以Simulink的使能模块构造内回路控制律,Stateflow实现外回路的制导、导航模块,并使用仪表模块和虚拟现实模块实现实时监控,可以搭建出完全基于Simulink的模型,能够实现控制律和控制策略的仿真验证。无人机的多模态仿真结果说明Matlab/Simulink下实现飞行控制全程仿真的有效性。     

无人机综合飞行/推力矢量控制

以某无人机为背景,主要研究大机动时带推力矢量的综合飞行/推进控制系统的设计方法。应用非线性动态逆方法,根据无人机本身具有明显不同时间尺度差异的动力学特性,结合奇异摄动理论将控制变量按照响应快慢分为4个回路进行了控制器的设计与仿真;设计推力矢量控制和气动控制相结合的控制器,实现飞行和推力矢量的控制综合;将无人机的任务转化为对飞行控制的限制条件,对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞机做大机动时的控制要求。     

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。     

无人机近距离编队飞行模型建立及控制器设计

针对无人机编队飞行问题，提出了无人机近距离编队飞行的建模方法。采用全状态量反馈．同时将气动干扰作为非线性反馈，设计出一套适用于无人机近距离编队飞行的自动驾驶仪。通过仿真验证，表明此控制器能较好地稳定优化后的编队飞行结构，并具有良好的鲁棒性。     

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.     

基于LESO状态反馈的无人机速度控制

无人机速度回路的控制受外界环境、构型变换等不确定性干扰因素的影响较大,采用基于线性扩张状态观测器（LESO）的自抗扰控制方法能准确估计并补偿不确定性干扰,在观测器的基础上加入状态反馈和指令前馈,能获得良好的稳态、动态品质。性能分析与仿真结果表明,基于LESO状态反馈的无人机速度控制方法具有良好的干扰抑制能力,能够实现对控制指令的精确跟踪。     

无人机紧密编队队形构成控制

针对无人机编队飞行问题,通过借鉴Agent体系结构确定无人机编队的控制结构.建立了以航迹坐标系为参考坐标系的长机与僚机的相对运动模型,根据僚机距离长机最优位置的误差,利用李亚普诺夫稳定性理论设计队形构成中僚机的控制律.最后通过建立的六自由度非线性飞行仿真平台进行仿真验证,结果表明所设计的控制律能稳定引导无人机完成编队的队形构成.     

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。     

无人机参数优化自抗扰编队保持控制器设计

针对无人机编队飞行中的队形保持问题,采用结合粒子群算法的自抗扰控制技术对控制器进行设计,使响应过程具有良好的动态品质和较小的稳态误差。建立三维空间内基于相对误差的无人机编队飞行模型,并在此基础上设计了跟踪微分器、扩展状态观测器和非线性状态反馈自抗扰控制器,采用粒子群算法对控制器中部分参数进行优化整定。仿真结果表明,设计的结合粒子群算法的改进自抗扰控制器具有良好的控制性能,能以较高的精度实现无人机编队保持任务。     

无人机飞控软件测试方法研究

飞控软件是无人机飞行控制系统的控制神经中枢,对无人机飞控软件进行有效的测试是保证飞控系统质量的重要手段.根据某型无人机飞控软件及其开发特点,提出一种与软件开发过程同步的、基于多个测试环境的软件测试模型,重点阐述该模型涉及的单元和配置项测试方法.测试结果表明,提出的测试模型,测试工作能有效地发现无人机飞控软件在不同开发阶段引入的不同类型的软件缺陷,有效地保障了无人机飞控软件的安全性、可靠性和质量.