基于单轴光电探测系统的MUAV目标捕获与盘旋跟踪系统

研究了基于侧向单轴光电探测系统的微小型无人飞行器(MUAV)捕获、跟踪地面目标的飞行控制方法,提出一种探测器单轴消除视场y向失谐角,MUAV航向控制消除视场x向失谐角的控制方案。采用常规的飞行动力学纵向和侧向运动方程及小干扰线性化方法,并分别对MUAV定高寻航迹段、目标搜索捕获段及盘旋跟踪段进行了MATLAB仿真。分析了侧向突风以及飞机俯仰角变化对视场中x向失谐角的耦合影响,并提出了解决方案。仿真结果验证了所提方案的有效性,其能够满足MUAV持续盘旋跟踪地面目标的飞行任务。     

基于Leader-Follower编队的无人机协同跟踪地面目标制导律设计

对地面目标的自动跟踪是无人机在任务应用阶段需要解决的重要问题之一,多无人机协同跟踪能够提高对目标运动状态的估计精度并降低目标丢失的概率,因而具有重要研究意义。本文提出了一种基于Leader-Follower编队的无人机协同跟踪制导方法,解决了传统Standoff跟踪模式对地面目标的速度范围限制问题。首先,通过控制无人机的航向不断趋近于地面目标牵连跟踪圆切线方向的方法设计了Leader无人机自动跟踪地面目标的制导律并完成了稳定性证明;其次,通过控制Follower无人机的速度和航向角逐渐趋近于Leader无人机速度和航向的协同跟踪策略,分别设计了Follower无人机自动跟踪Leader无人机的制导律和编队相位协同制导律并完成了稳定性证明;最后,分别针对静止目标、匀速直线运动目标和变速运动目标的跟踪问题进行了仿真验证,结果表明所提出的制导方法能够实现对不同运动状态地面目标的自动协同跟踪,并且跟踪性能优于基于李雅普诺夫向量法的制导方法。     

一种无人机定距盘旋跟踪制导律及稳定性证明

对地面目标的定距盘旋跟踪问题是无人机（UAVs）在任务应用阶段需要面临的重要问题之一,如何在传感器信息受限的情况下完成跟踪任务是目前的研究热点。首先针对地面固定目标设计了一种仅依赖测距传感器的制导律,不再需要传统的视线角信号以及目标和无人机自身的定位信息;其次,设计了李雅普诺夫函数对该制导律的稳定性进行了严格数学证明;最后,将该制导律推广到对地面匀速和变速移动目标的跟踪制导。相比于现有制导律,所提出的制导律结构更为简洁,仅有一个设计参数,并且制导策略更为合理。仿真结果表明所提出的制导律能够实现无人机对地面固定和移动目标的稳定跟踪。     

基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计

以某型无人机的数学模型为基础,提出j了基于混合PID/H∞的无人机协调转弯控制律设计方法,分为纵向和横侧向分别进行控制律设计.纵向通道中,把高度保持控制律的设计转化为跟踪问题,再把跟踪问题转化为标准H∞控制处理,控制高度输出稳定不变;横侧向通道中,以H∞控制滚转角,实现内回路的设计,以PID控制偏航角速率和侧滑角,实现...     

无人机动态面自适应容错路径跟踪控制

针对固定翼无人机定高盘旋路径跟踪控制问题,基于动态面自适应控制设计了期望路径与时间无关的参数化路径跟踪双环控制器。首先,考虑无人机偏航执行机构的乘性故障,引入滑模函数设计了内环姿态容错控制器;然后,考虑外界非线性时变有界扰动,通过RBF神经网络在线估计补偿未知非线性量;接着,引入一阶滤波器,解决了虚拟控制量求导导致的控制器复杂问题;最后,利用Lyapunov理论证明了算法的稳定性。仿真结果表明,所设计的算法能够实现执行器存在故障时的路径跟踪控制,控制误差收敛于有界值。     

目标短时遮挡下的光电平台目标跟踪预测与控制

无人机在高空飞行并跟踪地面目标的过程中,当目标受到障碍物遮挡,会导致跟踪失败。本文建立了目标相对无人机的运动模型,设计了基于卡尔曼滤波的目标预测器,并在目标遮挡发生时利用目标角位置预测值以及姿态锁定回路实现了对目标的预测跟踪。本文运用相似性原理设计了室内目标跟踪场景。仿真和试验证明,本文所设计的预测器能较好的预测目标角位置,与控制回路相结合能克服短时间的目标跟踪丢失。     

特征结构配置法在无人机控制系统中的应用

特征结构配置可通过分析系统的模态,得到系统特征结构与时域响应之间的关系,设计出结构简单、鲁棒性强的控制器。应用输出反馈特征结构配置设计了无人机控制律,仿真结果表明,无人机的纵向运动和横侧向运动具有较好的飞行动态性能,实现了无人机纵向通道和横侧向通道的内部解耦。     

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。     

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。     

基于滑模观测器的飞翼无人机输出反馈控制

飞翼无人机因其特殊气动布局而具有机动能力强、隐身性能好等优势,但特殊布局和复杂飞行环境也给控制系统设计带来通道耦合及多源干扰影响问题,飞翼无人机抗扰控制已成为制约其发展的关键问题。本文研究了多源干扰影响下的飞翼无人机纵向指令跟踪控制问题。首先,将高度和速度跟踪控制问题转化为跟踪误差的镇定问题;其次,将高度和速度通道之间的耦合及多源干扰影响视作集总干扰,然后引入高阶滑模观测器（HSMO）技术估计跟踪误差的动态和集总干扰;最后,基于高阶滑模观测器的估计信息构造了复合非线性动态逆输出反馈控制器。仿真结果表明,本文所提方案显著提升了飞翼无人机指令跟踪精度和抗干扰性能。本文研究将促进飞翼无人机抗干扰能力的提升,从而促进飞翼无人机技术的进步。     

BTT导弹机动飞行非线性解耦控制

使用微分几何控制理论研究了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制问题。首先给出了非线性系统实现解耦的充要条件 ,然后推导了 BTT导弹在倾斜转弯时的非线性解耦控制律 ,最后利用所推导的控制律对某型 BTT导弹进行了仿真研究。仿真结果表明 :所设计的非线性解耦控制律能很好地抑制导弹在倾斜转弯时的纵侧耦合 ,同时导弹的纵向过载及滚转角能很好地跟踪参考输入指令。     

一种基于多操纵面控制分配的IDLC人工着舰精确控制方法

传统舰载机采用纵杆控制迎角,油门杆控制下滑的着舰控制方式存在着操纵通道功能耦合,航迹与姿态耦合,着舰精度不高等多种不足。受舰尾流扰动、航母甲板运动等不利因素的影响,飞行员需要进行高频次的下滑修正操纵,身心负担极重。针对这一问题,在对美军魔毯技术（MAGIC CARPET）系统构成与着舰过程分析的基础上,针对三翼面布局飞机提出了一种基于多操纵面控制分配的综合直接力控制（IDLC）人工着舰精确控制方法。仿真分析表明：基于特征结构配置（EA）解耦设计直接力着舰控制方法能够实现飞机纵向运动长周期模态与短周期模态的解耦、油门通道与纵杆通道的解耦,具有抑制舰尾流扰动、稳定飞机下滑状态、减小操纵负担的功能;而基于多操纵面控制分配的设计方案通过鸭翼正偏增升,不但充分发挥了三翼面布局飞机气动舵面增升控制的优势,还减小了平尾配平出舵量,在一定程度上减小了平尾上偏所带来的升力损失。     

伞舱系统跟踪引导数据迭代算法

针对在返回舱乘伞下降阶段,测控链中弹道测量设备丢失目标,以及跟踪结束后无法外推生成可靠引导数据,光学设备难以快速捕获目标等问题,以风场修正模型为基础,通过风场提前修正与采用测量数据实际修正相结合的方法,建立伞舱系统跟踪引导数据迭代算法.利用多次返回段任务数据对该算法进行实验验证,并与实际任务中目前使用的方法进行比较,结果表明：通过该算法推算较长时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的6％;推算较短时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的20％.因此,利用该算法计算的引导数据精度较高,有助于光学设备及其他测控设备快速捕获或重捕目标.     

Predictor-based model reference adaptive roll and yaw control of a quad-tiltrotor UAV

An attempt is made to apply modern control technology to the roll and yaw control of a rudderless quad-tiltrotor Unmanned Aerial Vehicle (UAV) in the latter part of the flight mode transition, where aerodynamic forces on the tiltrotor’s wings start to take effect. A predictor-based adaptive roll and yaw controller is designed to compensate for system uncertainties and parameter changes. A dynamics model of the tiltrotor is built. A Radial-Basis Function (RBF) neural network and offline adaptation method are used to reduce flight controller workload and cope with the nonlinearities in the controls. Simulations are conducted to verify the reference model response tracking and yaw-roll control decoupling ability of the adaptive controller, as well as the validity of the offline adaptation method. Flight tests are conducted to confirm the ability of the adaptive controller to track different roll and yaw reference model responses. The decoupling of roll and yaw controls is also tested in flight via coordinated turn maneuvers with different rotor tilt angles.     

基于神经网络补偿动态逆的飞翼布局无人机姿态控制方法

将动态逆控制技术应用于飞翼式布局无人机的姿态控制回路,以适应飞翼布局无人机控制系统要求。介绍了动态逆控制器解耦控制原理,以及神经网络补偿结构的作用和设计方法,并基于无人机非线性姿态运动学和动力学模型设计了基于神经网络补偿的动态逆控制器。在强耦合、强非线性的飞翼布局无人机模型上,通过数学仿真验证了系统具有良好的动态性能和稳态特性,控制器具有很强的鲁棒性。     

无人机着陆控制的特征结构配置方法实现

针对无人机纵向着陆系统的控制需求,采用特征结构配置方法的设计方案。阐述了全状态反馈理论基础上的特征结构配置的原理以及根据设计指标确定特征结构配置的方法,并对某型无人机纵向飞控系统动态响应进行分析,给出仿真实例。仿真结果表明,应用特征结构配置方法设计出的控制器,能够使飞机准确地跟踪期望轨迹,满足系统动态性能要求。在工程中具有一定的实用价值     

Formation flight of fixed-wing UAV swarms: A group-based hierarchical approach

This paper investigates a formation control problem of fixed-wing Unmanned Aerial Vehicle (UAV) swarms. A group-based hierarchical architecture is established among the UAVs, which decomposes all the UAVs into several distinct and non-overlapping groups. In each group, the UAVs form hierarchies with one UAV selected as the group leader. All group leaders execute coordinated path following to cooperatively handle the mission process among different groups, and the remaining followers track their direct leaders to achieve the inner-group coordination. More specifically, for a group leader, a virtual target moving along its desired path is assigned for the UAV, and an updating law is proposed to coordinate all the group leaders’ virtual targets; for a follower UAV, the distributed leader-following formation control law is proposed to make the follower’s heading angle coincide with its direct leader, while keeping the desired relative position with respect to its direct leader. The proposed control law guarantees the globally asymptotic stability of the whole closed-loop swarm system under the control input constraints of fixed-wing UAVs. Theoretical proofs and numerical simulations are provided, which corroborate the effectiveness of the proposed method.     

无人机横侧向飞行控制系统研究

采用非相似余度设计思想,建立了无人机横侧向控制系统.对典型故障模式的控制系统进行了分析,结果表明该系统不但具有较好的控制品质,而且对单通道控制故障引起的干扰具有较好的抑制能力,可有效解决副翼故障可能导致的飞行事故问题,从而提高系统的可靠性.