基于角加速度估计的非线性增量动态逆控制及试飞

针对非线性增量动态逆（INDI）控制方法运用到飞行试验时需要进行状态量导数（角加速度）的实时估计并且存在延迟等问题进行了研究,并给出了工程应用上的实际解决方案。对试飞无人机（UAV）平台进行了动力学建模,利用非线性增量动态逆控制方法和控制器分层设计方法设计了无人机姿态控制系统。采用卡尔曼滤波器设计了角加速度估计器为控制律提供角加速度实时反馈。通过基于模型的控制系统设计方法将控制律实现,并进行实际试飞试验。结果表明：该控制方法工程上可实现,具备良好的鲁棒性和指令跟踪能力。     

基于Vicon运动捕捉系统的无人机气动特性分析

为了研究无动力无人机的空气动力学特性,提出了一种基于Vicon运动捕捉系统的气动参数计算方法。首先,收集无人机的几何尺寸,得到其物理学参数及惯性力矩;其次,通过Vicon运动捕捉系统观测到无人机飞行过程的位置、姿态信息,对所获得的信息进行平滑噪声鲁棒差分,得到飞行过程中每一时刻的飞行速度、加速度、角速度及角加速度;最后,对无人机的气动参数进行了分析。飞行试验结果表明,所提方法能够快速有效地获得无人机的气动参数,飞行过程静态稳定。     

基于GA-OCPA学习系统的无人机路径规划方法

为解决未知空域中无人机路径规划方法实时性和适用性不足的问题,以生物应激条件反射理论为基础,将无人机实时路径规划类比为在外界条件刺激下的一种自学习行为。首先,将概率自动机与遗传算法相结合,设计了基于Skinner操作条件反射理论框架(GA-OCPA)的学习系统;然后,将无人机规避机动的飞行速度、滚转加速度和拉升加速度作为系统学习的行为,并计算每次学习尝试之后的选择概率和个体适应度,通过遗传算法搜索最优行为进而得到最优路径;最后,运用增量多层判别回归树(IHDR)对学习得到的最优行为建立知识库,形成威胁状态与路径规划的匹配映射。实验结果表明GA-OCPA学习系统对于无人机路径规划具备有效性和适用性。     

多无人机飞行控制系统设计与轨迹规划

为解决无人机单机任务的不足,提出了一种多参数分段式无人机轨迹规划方法,并基于此完成了四种编队队形的设计,设计并实现了多无人机编队飞行控制系统。通过开展编队飞行试验验证发现,轨迹跟踪偏差小于0. 16m,多自由度飞行速度平均误差0. 0093m/s,多无人机间距远大于无人机轴间距的2倍,验证了编队飞行控制系统的有效性。     

紊流风场下的无人机飞行状态卡尔曼滤波估计

为了模拟紊流风场下的无人机飞行状态响应,减小紊流风场对无人机飞行速度的影响,使用数值法建立了紊流风场有色噪声模型,生成了符合大气紊流相关特性的紊流风场并对其进行数值仿真。在此基础上,通过状态扩增处理将系统噪声白化,设计出一种基于有色噪声的无人机飞行速度卡尔曼滤波器,该滤波器解决了基本卡尔曼滤波仅适用于白噪声的情况。仿真结果表明,使用此滤波器可有效减小紊流风场对无人机飞行速度的影响,进而满足飞行速度控制输入的精度要求。     

突发威胁下的无人机航迹规划算法

针对无人机在执行任务过程中遭遇突发威胁的实时航迹规划问题,提出了一种基于动态规划的无人机实时航迹规划算法。采用切线法将问题转化为多阶段决策问题,通过动态规划法求出了问题的最优解,并通过航迹切换策略对生成的航迹进行了平滑处理。通过MATLAB进行了仿真验证,结果表明,该方法生成的航迹平滑、可飞,实现了无人机对突发威胁的合理规避,且满足无人机的机动性能及动力学限制,可直接应用于工程实践。     

三向测量技术在深空探测中的应用研究

较详细地介绍了三向测量技术（包括三向测距和三向测速）,阐述使用三向测量的工程背景和重要意义,给出利用三向测量数据进行实时定位的数学推导,并分别对三向测距和三向测速原始数据的误差进行了分析;最后给出在＂嫦娥一号＂试验轨道段采用三向测量技术得到的残差分析结果。结果表明,在未进行站间时间同步的情况下,＂嫦娥一号＂卫星100km×100km环月轨道段三向测距误差约200m,三向测速误差约2cm/s,利用三向测量数据可以单独进行轨道确定,验证了我国后续深空探测中应用三向测量技术的可行性。     

无人机制造外形气动偏差评估方法

气动外形对无人机起着至关重要的作用,有必要对其制造外形的气动偏差进行评估。利用数字摄影测量系统获得无人机制造外形的点云数据;以机头为参考点,将测量点云数据模型与理论模型的坐标系重合,对比重合度并统计无人机制造外形与理论外形的几何偏差分布;根据点云数据进行逆向建模,获得无人机制造外形的三维模型;对无人机理论外形进行CFD计算,与其风洞试验数据进行对比,通过调整网格及计算方法,得到与试验数据相吻合的CFD计算方法;以此方法计算得到无人机制造外形的气动数据,并与无人机的理论气动力进行对比。结果表明:此评估方法能够定量地评估外形制造偏差对无人机气动特性的影响。     

小型无人机纵向动态特性试验验证

应用气动力估算方法得到某小型无人机的纵向气动力数据;通过风洞试验和飞行试验对估算结果进行动态特性验证,并重点讨论了小型无人机的脉冲激励飞行试验验证。研究发现,选择飞行试验激励信号既要考虑小型无人机的特殊性,又要考虑信号的频谱特性;激励信号的选择为同类飞行测试提供了参考。     

基于北斗的车载接收机航向测量技术研究

研究一种BD2双天线的双频基线测量算法,实现了在车载动态条件下利用BD2卫星进行载体航向实时测量,满足军用车辆、无人机、船舶舰艇等载体高精度、快速实时、连续稳定长时间工作、低成本的要求,对算法实现进行了试验验证,取得了理想的成效,具有较强的工程实用价值。     

Optimization of bits allocation and path planning with trajectory constraint in UAV-enabled mobile edge computing system

In this paper, an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) enabled Mobile Edge Computing (MEC) system is studied, in which UAV acts as server to offer computing offloading service to the Mobile Users (MUs) with limited computing capability and energy budget. We aim to minimize the total energy consumption of MUs by jointly optimizing the bit allocation for uplink, computing at the UAV and downlink, along with the UAV trajectory in a unified framework. To this end, a trajectory constraint model is employed to avoid sudden changes of velocity and acceleration during flying. Due to high-order information in use, we lead to a more reasonable nonconvex optimization problem than prior arts. An Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) method is introduced to solve the optimization problem, which is decomposed into a set of easy sub-problems, to meet the requirement on the efficiency in edge computing. Numerical results demonstrate that our approach leads a smoother UAV trajectory, significantly save the energy consumption for UAV during flying.     

无人机磁航向测量的自动罗差补偿研究

 利用地球磁场测量无人机的航向时，需要对机上铁磁材料引起的罗差进行补偿。为了降低补偿费用,减小补偿试验时周围环境的影响，提出一种利用飞机左右盘旋飞行时采样数据实现罗差自动补偿的方法。采用椭圆假设算法，可利用飞机平飞时在多于5个不同方向的采样数据来自动补偿平飞时的罗差。在任意姿态飞行时，把飞机左右盘旋时采样的数据分解为4个椭圆，并求出它们相对于椭圆假设的24个系数。再利用这24个系数和飞机的俯仰角、倾斜角以及地磁场垂直分量求出任意姿态下罗差补偿所需的12个系数。实验结果表明，该方法效果良好，方便可行。某无人机补偿前最大误差为21.5°；用传统方法补偿后最大误差为2.3°；用本文方法几乎不需要额外的费用，补偿后最大误差为1.6°。     

弹性飞翼无人机鲁棒姿态控制设计

针对大展弦比飞翼布局无人机的刚体运动与弹性运动耦合动力学模型,提出了一种基于反步法的鲁棒非线性控制方法。该方法考虑了飞翼无人机的非线性因素,将动态面反步控制作为内环控制抵消系统的非线性因素;同时考虑系统实际存在的弹性耦合项、参数不确定项以及外部扰动,将内环反步控制与飞翼无人机模型整体作为新的被控对象,引入最优化理论对新的被控对象设计了外环鲁棒控制器。仿真结果表明,所提出的控制器不仅满足飞翼无人机姿态跟踪性能的要求,且对模型不确定性和气动弹性影响具有鲁棒性。     

某电动飞翼无人机横航向稳定性飞行试验研究

针对飞翼横航向稳定性和惯量特征,采用飞行试验的方法进行探索研究。通过设计不同横航向稳定性和不同惯量特征的飞翼试验机,对其进行飞行试验,对比其飞行试验结果,摸索电动飞翼无人机的横航向设计特点以及转动惯量的配置方法。该研究为此类飞机的稳定性设计提供了依据。     

装载约束下飞翼布局气动与隐身综合设计

基于飞翼布局大鼓包式机身,在装载布置约束下开展了气动与隐身综合设计,提出了一种机身低鼓包和双鼓包模型。结合可靠的CFD和隐身计算方法,初步探索了低鼓包和双鼓包气动与隐身特性及机理。结果表明:双鼓包模型极大地降低了全机纵向基本气动性能,但在大迎角时会推迟外翼段前缘分离,对外翼气动特性有一定改善;低鼓包与双鼓包模型整体上RCS差异较小,但双鼓包模型侧向隐身性能更优异。     

无人机覆盖路径规划中转弯机动的运动学分析

针对无人机覆盖路径规划过程与机器人的不同,对无人机转弯机动的运动学特性进行了分析。建立了无人机转弯机动的数学模型;证明了转弯过程比直线平飞需要耗费更多的燃油;推导出了转弯过程中,给定巡航速度下最省油的法向过载计算公式;分析了转弯过程中探测区域移动路线与无人机移动路线之间的关系,并分三种情况给出了转弯过程中转弯路程和转弯时间的计算公式。     

小型无人机纵向飞行品质研究

目前针对无人机的飞行品质评估标准缺失,都是参照有人机飞行品质准则对无人机进行评价,而且评价的标准也不统一。通过对某小型无人机增稳前后的性能进行分析对比,验证了有人机飞行品质标准中的CAP准则和带宽准则对小型无人机的适用性,进而提出了小型无人机纵向飞行品质评定方法,对无人机飞行品质的研究具有一定的借鉴作用。     

穿越微下冲气流的飞翼布局无人机控制方法

微下冲气流是最危险的低空风切变形式,为在起降阶段安全穿越该气流,飞翼布局的无人机控制律应具有快速响应能力和良好的鲁棒性。针对大展弦比飞翼布局无人机舵面附加升力大和低速状态俯仰操纵效能低的特点,提出了舵面附加升力和机体气动力相结合的复合控制方案,改进了以输出误差为参考量的非线性指令分配策略,设计了基于迎角保护的指令分配策略。将风干扰和模型的不确定性视为未知扰动,采用自抗扰控制(ADRC)理论设计飞翼布局无人机非线性控制律,使之对风干扰和模型的不确定性进行估计补偿。仿真结果表明,复合控制与ADRC相结合的方法加速了航迹倾角的单位阶跃响应速度,使上升时间缩短了64%,同时能够实现对风干扰的有效观测和补偿,使高度损失低于2m;能够在风切变中有效保护迎角,使其维持在5.5°以内。因此,该方法能够为飞翼布局无人机安全平稳地穿越微下冲气流提供一种参考方案。     

飞翼布局无人机的稳定与操纵特性分析研究

从气动和控制综合设计角度,提出了解决飞翼布局无人机稳定能力问题的多轴静不稳定增稳控制规律,通过对多操纵面操纵特性和操纵需求分析给出了操纵面的配置策略.仿真分析表明,所提出的设计方法较好地解决了飞翼布局无人机特殊的稳定与操纵问题.     

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.