舰载无人机精确着舰轨迹控制及飞行验证

舰载无人机回收是整个飞行中最困难的任务之一。在建立舰载无人机控制系统基础上,着重设计了纵向控制增稳系统和自主飞行控制系统。为保证着舰精度,引入光学导引着舰,通过试飞验证了光学引导系统的速度、精度可以满足无人机自动下滑着陆要求,其平均落地点偏差与差分GPS相当。     

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...     

升力风扇无人机垂直起飞控制系统设计与仿真

针对升力风扇无人机升力产生原理异于常规飞机的特殊性,对无人机进行了受力情况分析,建立了垂直起飞阶段全量飞行力学数学模型,并详细给出了纵向和横航向的控制方案。采用传统控制律设计方法对升力风扇无人机垂直起飞过程的高度、纵向及横航向控制回路进行了设计,并搭建控制仿真平台进行了仿真验证,通过仿真结果分析了该类型飞机的运动特性,验证了控制系统的正确性和可行性。     

智能变形机翼无人机稳定与飞行控制研究

研究了采用分布式翼面变形装置替代操纵面的无人机稳定与飞行控制技术。针对智能材料制成的变形装置,确定了变形无人机的气动力计算模型,得到了控制效能系数;采用极点配置法设计了侧向控制系统,纵向控制系统的设计采用了PID控制。仿真结果验证了利用翼面变形装置替代操纵面进行稳定和机动的可行性。该项研究可为无人机的飞行控制设计提供理论参考。     

基于模糊LADRC的倾转四旋翼无人机纵向姿态控制

针对倾转四旋翼无人机存在控制冗余和模型具有时变性及不确定性的问题,进行了纵向姿态控制系统建模和仿真研究。运用牛顿运动定律和刚体转动定律建立无人机六自由度运动模型,并采用试验测量及数值仿真的方法获取模型参数。采用设计控制分配系数的方法解决控制冗余的问题。设计了基于线性自抗扰控制(LADRC)方法的姿态控制器并采用模糊控制对其参数进行在线整定,提高了控制系统的响应速度和鲁棒性。搭建了Simulink仿真模型,通过无人机纵向飞行控制仿真试验,验证了所设计的控制分配系数的合理性以及姿态控制器的有效性。     

基于非线性动态逆的无人机自动着陆控制系统

采用非线性动态逆(NDI)控制方法来解决无人机(UAV)自动着陆阶段的非线性控制问题。建立了无人机非线性数学模型,应用奇异摄动理论对飞机动态进行时标划分,研究快、慢状态子系统的控制器及机动产生器的设计,在无风情况下以及受到给定值风扰动情况下完成了系统自动着陆仿真验证。系统仿真结果表明该控制系统能够满足系统控制精度要求。     

简化模型下的舰载无人机着陆控制律设计与仿真

讨论一种结合升降速率和推力控制的舰载无人机着舰的方法。结合国内某型无人机,首先介绍了舰载无人机的自动着舰系统,并分析和设计基于俯仰姿态的升降速率控制系统的控制律;然后进行母舰的数学模型简化;再次进行了推力控制系统的分析与控制律设计;最后在考虑飞行控制系统和发动机推力控制系统的条件下,对控制律进行设计与仿真,并提供仿真结果。     

固定翼无人机编队集结控制算法研究

针对固定翼无人机协同作战时的编队集结问题，提出了一种新的路径规划和位置分配方法，并设计了包括航迹跟踪、高度保持和速度控制在内的自动驾驶仪。该路径规划算法通过矩阵迭代得到一组较优的目标点分配方案，满足总航程较小和同时到达约束。根据得到的各无人机飞向目标点的航迹，算出无人机编队集结的代价矩阵。在每架无人机确定了应飞航路后，开始沿航路飞向目标点，在此过程中，纵向采用高度保持自动驾驶仪，横向采用航迹跟踪自动驾驶仪，控制无人机按规定航迹飞行。速度调节自动驾驶仪可根据速度指令调节油门大小加减速，跟踪上目标速度，进而实现编队集结。仿真结果验证了所提出的编队集结控制方法的有效性和可行性。     

基于L_1自适应方法的无人机纵向阻尼控制器设计

针对无人机模型不确定性和非线性干扰因素对飞行控制性能的影响,采用一种新型的L_1自适应控制方法进行纵向阻尼控制。首先根据无人机的纵向气动特性,建立了包含模型不确定性和干扰的俯仰角速率非线性动力学模型,然后根据L_1自适应控制理论设计自适应律和带宽合适的低通滤波器,最后对所设计的控制系统进行了仿真验证。结果表明:在系统不确定性和高频干扰的情况下,所设计的控制系统能在保证系统快速性的同时,对外界不确定性和干扰具有较强的鲁棒自适应性,可使跟踪误差快速收敛且瞬态性能优异。     

多无人机编队队形保持优化控制仿真研究

采用多无人机编队保持队形的优化控制可以通过调节较少参数使各无人机能够精确跟踪领航无人机,达到稳定编队队形的目的。以简化的自动驾驶仪模型作为编队保持控制系统的内回路,基于以长机为参考的旋转坐标系建立相对运动学模型,采用全局渐近稳定控制方法设计了多无人机编队保持控制器。经过仿真验证,该控制器实现了长机在三维空间机动飞行时僚机能够迅速跟踪长机并保持编队队形的稳定,且响应速度和跟踪精度较为理想。仿真结果表明,该控制器能够实现多无人机编队队形在三维空间下的保持。     

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。     

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.     

无人机绳钩回收系统的动力学特性仿真分析

无人机(UAV)精确定点回收是促进中小型无人机广泛应用的关键技术,而绳钩回收是一种适合小型固定翼无人机在狭窄场地或舰船上实现精确定点回收的先进回收方式,其具有良好的研究应用价值和开发前景。采用基于矢量封闭环、欧拉运动学和动力学方程的联立约束法,解决了无人机绳钩回收系统的空间机构运动的动力学求解问题。基于无人机绳钩回收系统动力学模型,对无人机回收时系统吸能缓冲过程中的动力学特性进行了深入分析。在MATLAB/Simulink环境中通过对动力学模型的仿真,得出以无人机速度变化为代表的系统主要性能指标,同时探讨了参数变化对系统主要性能的影响,并分析了回收过程中拦阻力峰值载荷下的机翼应力和应变。结果表明,无人机绳钩回收性能优良,是一种可开发研制的新型回收技术,为开展无人机绳钩回收系统的工程研制提供了重要的理论参考。     

一种支持双余度CAN总线接口的A/D采集单元设计

模拟量输入通道是无人机飞行控制系统自动检测计算机的关键部件之一.设计了某自动检测计算机内部一种基于余度CAN总线的A/D采集单元.根据总体技术指标要求,从器件选型到系统软硬件设计采用了先进性与实用性兼顾的设计思想.实际测试结果表明该接口单元工作稳定,性能良好,满足检测无人机飞行控制系统各性能指标的要求.     

一种自主飞行的小型无人机系统设计

介绍了小型无人机系统的总体结构,分析了无人机的结构设计和算法,阐述了弹射起飞系统和伞降着陆系统的设计原理,采用嵌入式系统和GPS设计无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和数据链,实现了空中机器人的自主飞行。     

无人机绳钩回收系统参数设计

以某型无人机回收方案设计研究为背景,分析影响无人机绳钩回收系统回收性能的参数,对无人机绳钩回收系统建立多目标优化模型。运用多目标遗传算法进行优化设计获得优化结果。多目标优化用于无人机绳钩回收系统参数优化,可以更加合理地评价回收系统参数最佳组合,提高设计效率。结果表明,通过改善绳钩回收系统参数,回收性能得到优化,无人机拦停时间减少,在实际回收中有一定参考价值。     

无人机伞降回收运动分析

针对小型无人机伞降回收的特点,研究了在无人机回收过程中,飞机及降落伞系统的运动轨迹及姿态。通过分析机伞间的力学关系,建立了机伞系统运动模型,并进行了仿真分析,给出了无风情况下回收运动的仿真结果。结果表明,系统能够满足无人机回收要求,可以决定最佳的回收参数,从而得到最优回收轨迹和姿态。     

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。