无人机4D制导系统研究

基于逆运动学方法设计了无人机四维制导系统。基本姿态控制器采用基于在线神经网络的非线性动态逆控制器。动态逆控制器用来对消无人机的非线性，在线神经网络补偿对消不精确引起的状态误差。制导系统的任务就是由给定的三维航迹，解算出航迹角，并生成三个姿态角指令，同时设计发动机控制回路以控制航迹速度，最终实现精确的四维航迹跟随。     

使用标准规定航迹的目视机动盘旋保护区的自动生成

通常情况下,飞行程序设计工作一直依靠手工进行,设计周期长,工作效率低。因此,为实现飞行程序设计的自动生成而进行飞行程序设计的辅助设计势在必行。本文针对使用标准规定航迹的目视机动盘旋,结合国际民航组织的Doc8168文件,经过调研并在AutoCAD基础上采用Visual-LISP语言进行开发,建立计算模型,通过在对话框中输入数据的形式实现了对使用标准规定航迹的目视机动盘旋保护区的自动生成。     

固定翼无人机的4D无冲突航迹规划（英文）

基于4D航迹的运行(Four-dimensional trajectory-based operation,4D-TBO)有利于增强高效飞行的计划和执行,减少潜在冲突并解决即将出现的巨大航班需求。大多数与4D航迹规划有关的研究都集中在有人驾驶飞机上,而不是无人驾驶飞机(Unmanned aerial vehicle,UAV)。本文着重于为起飞前或飞行期间的固定翼无人机规划无冲突的4D航迹。文中提出了一种基于Tau理论的4D航迹生成技术,该技术将时间约束的飞行航路点纳入了飞行计划中。然后,通过粒子群优化(Particle swarm optimization,PSO)算法对4D航迹进行优化。仿真实验证明了所提出方法的有效性。     

变体无人机栖落机动建模与轨迹优化

对一类变体固定翼无人机栖落机动的纵向运动进行了建模与轨迹优化研究。针对栖落机动后段飞行速度低及迎角大带来的舵面气动效率下降的问题,研制了一种可改变主翼位置的变体无人机。通过室内飞行实验,利用运动捕捉系统测量获得飞行数据。依据实验数据,结合平板气动理论建立了变体无人机的气动模型,并建立了变体无人机的纵向动力学模型。采用广义伪谱优化软件(General pseudo-spectral optimization software,GPOPS),对所建立的变体无人机模型进行栖落过程轨迹优化研究。优化结果表明,与普通固定翼无人机相比,变体部件能够显著提高无人机的姿态操纵效率,从而改善无人机栖落机动性能。     

无人机绕速度矢量轴滚转机动自适应滑模边界保护控制

针对无人机绕速度矢量轴滚转机动下状态易越界的问题,研究了一种自适应滑模边界保护控制方法。首先,基于二分法思想改进可达平衡集并引入指令约束方法,进而实现在线边界解算与约束指令生成。其次,为抑制不确定性和外部未知干扰对闭环系统的不利影响,利用径向基神经网络逼近系统不确定性并设计非线性二阶干扰观测器估计复合干扰,进一步设计自适应滑模边界保护控制器以实现无人机在安全边界内的姿态跟踪。最后,通过数值仿真验证了自适应滑模边界保护控制方法的有效性。     

无人机简化配置控制技术研究

提出了一种仅采用垂直陀螺和GPS的简化配置控制方案，形成了无人机飞行控制系统常用的俯仰／滚转控制回路、高度控制回路和航迹控制回路。由于GPS信号更新率(1Hz)较低，利用无人机运动学之间的内在关系,给出了高度、航向、位置反馈信号的融合算法。这些反馈回路的控制增益均采用改进的输出反馈LQR设计技术,该技术简化了权矩阵的选择。对比研究表明，对于自身稳定性较好的无人机，该简化配置方案能够实现姿态控制、高度控制和航迹控制。     

基于进场雷达引导的无人机自主着陆控制规律设计与仿真

为了实现无人机在进场雷达引导下按照预定的航迹自主着陆,进场雷达会实时测量无人机的航迹并和预定航迹比较产生偏差引导信号发送给无人机,无人机在引导信号作用下通过控制系统不断的调整舵面,来改变其所受到的气动力和气动力矩,实现对着陆姿态和航迹的自主控制。在仿真中采用基于Matlab/Simulink的无人机六自由度非线性数学模型,设计了高度稳定与姿态控制回路,通过对仿真结果的分析,验证了飞行控制系统设计的合理性,实现了无人机按照预定航迹的自主着陆仿真。     

基于经验直觉的无人机威胁规避机动决策方法

针对无人机飞行过程中遇到威胁需要及时安全规避的问题,本文提出一种基于经验直觉的无人机机动规避决策算法.首先将无人机威胁安全规避机动过程中所获取的态势信息,按照规避机动区域进行结构化处理并标注相应的机动决策标签,建立基于数据的无人机情景决策知识库.其次,利用无人机情景决策知识库中的数据训练长短时记忆网络以实现情景与机动决...     

基于地面安全约束的无人机航路规划研究（英文）

随着无人机数量和飞行时间的快速增长,由无人机飞行风险引起的安全事故也逐渐增多。安全航路规划是在战略层面降低无人机运行风险的有效手段。考虑无人机航路的安全代价,基于地面风险评估提出了一种无人机安全航路规划模型。将航路下方区域栅格化处理,以每飞行小时地面人员伤亡率为量化指标,定义各栅格安全系数,并根据栅格安全系数构造航路安全代价函数。建立了兼顾航路安全性和飞行距离的总代价函数,并通过改进蚁群算法进行航路规划。模型的有效性通过城市空域物流无人机航路规划进行验证。结果表明,考虑地面安全约束的航路规划模型在无人机总飞行时间增加不大的情况下,能显著提高航路的整体安全性。     

航路序贯飞行条件下的航空器自主间隔控制

针对航路序贯飞行条件前机减速情况下两航空器的间隔保持问题,在考虑航路飞行存在的随机扰动因素的情况下,提出了基于滚动时域控制的航向角调整和真空速调整的混合间隔保持策略。对不考虑随机扰动的静态离线优化、仅使用速度调整的在线优化和混合间隔保持控制律在线优化3种间隔保持策略进行了对比,仿真的结果表明,不考虑随机扰动的静态优化在预计机动时间结束后没有回到航路中心线,仅考虑速度调整的间隔保持策略在254 s内完成了机动飞行,同时采用速度调整和航向调整的混合间隔保持策略在97 s内完成了机动飞行,机动效率提高了61.8%。结果表明了混合间隔保持策略的有效性、高效性及鲁棒性。     

高超声速飞机纵向通道的多级模糊逻辑控制

针对飞行过程中高超声速飞机的纵向模型具有不稳定的动态特性,多变量之间的强耦合以及易变的模型参数,采用多级模糊逻辑控制为其纵向通道设计飞行控制系统。该系统由控制内环和控制外环组成,控制内环用于稳定纵向的飞行姿态,控制外环可以确保高超声速飞机对指令信号的准确响应,将两者结合起来设计的飞控系统具有高度非线性解耦控制能力。因其控制过程不依赖于高超声速飞机的精确模型,故保证了系统的强鲁棒性能。仿真研究表明,该控制系统可以维持高超声速飞机的纵向稳定性能。     

多旋翼无人机飞行控制自动调参技术

目前,多旋翼无人机控制器设计问题中存在着大量的依靠经验的调参工作。为了使调参简单而又可靠,本文基于控制器参数与控制系统性能响应存在的对应关系,提出了自动调参思想。在满足控制器各项性能指标的前提下,利用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)提炼出优化目标和约束条件。对被控对象进行建模并搭建非线性模型。然后,利用工程实践方法估算出参数范围,并利用粒子群快速优化特点自动寻找在约束条件下符合性能指标的控制器参数。最后,通过Matlab/Simulink对模型进行仿真验证。仿真结果分析表明,PSD可快速准确地对飞行控制进行自动调参。     

基于DSP和CAN的飞/推综合控制优化计算机设计

从工程应用的角度出发，根据飞／推综合控制技术对计算能力和数据通信能力的要求，提出基于DSP和CAN总线的飞／推综合控制优化计算机设计方案。优化计算机实时接收飞机和发动机的信息，利用内嵌的优化模块，对发动机控制指令进行校正，使飞机和发动机的整体性能达到最优。论文阐述了优化计算机的软硬件设计方法，并通过基于优化计算机的飞／推综合控制半物理仿真试验，验证了优化计算机的设计方案是可行的。     

小型无人机姿态回路的简化配置控制系统设计

提出了无人机的最简控制设计思想，并就姿态回路进行了两种最简控制结构（PI型、PID型）的设计。为了提高最简控制性能和设计效率，将输出反馈LQR控制理论进行了改进，使其能够解决飞行控制的跟踪问题。通过对某无人机姿态回路的最简控制设计表明，姿态回路的最简控制策略是成功的，控制系统的性能取决于最简控制结构，输出反馈LQR不仅具有很高的设计效率，而且能对最简控制结构进行规范描述。     

基于盒式翼的地效飞行器气动布局概念设计

根据地面效应的特点及相似准则，给出了基于展弦比、梢根比和机翼离水相对高度等参数的盒式翼外形简化设计原则。针对地效飞行器高度焦点配置，结合盒式翼外形简化设计原则，给出了盒式翼纵向位置的简化设计方案。针对盒式翼地效飞行器在起飞过程中的升阻特性，给出了发动机类型选择及动力配置的优选方案。针对地效飞行器的飞行特点，阐述了盒式翼地效飞行器机身和尾翼的设计要点。通过以上分析为基于盒式翼的地效飞行器气动布局概念设计提供了设计依据和参考。     

一种全数字半物理飞行控制实时仿真系统

提出了一种基于PC机与局域网（LAN）的无人机飞行实时仿真系统。该系统采用全数字仿真与实时动画方面模拟飞机动力学、运动学特性、机栽传感器信号与电气特性和地面测控系统功能，具有实时性、可靠性高、操作灵活、直观、成本低的特点。实际使用结果表明系统性能良好，完全满足飞行控制系统半物理实时仿真试验要求。     

TF／TA飞行航迹控制器设计

提高现代武装飞机的生存能力，基于ＴＦ／ＴＡ的超低空突防能力是飞行控制系统首先要求具备的功能，本文研究了在已知理想航迹的基础上飞机航迹跟踪控制器的设计方法，给出了控制器结构和算法。首先根据理想飞行航迹和实际飞行航迹之间的误差，计算航迹控制指充；然后，为了改善飞机的动态性能，使飞机能跟踪航迹控制指令而完成ＴＦ／ＴＡ飞行，用非线性解耦控制理论设计了飞行控制系统，仿真结果表明，该方法具有较好的航迹跟踪性能