小型固定翼无人机绳钩回收过程动力学分析

绳钩回收作为小型固定翼无人机的一种精确定点拦阻无损回收技术,近年来在国内外得到迅速发展。本文以某型无人机的绳钩回收系统为研究对象,对绳钩回收系统进行了参数化处理并建立了两种动力学仿真模型。一是在考虑回收架柔性基础上建立了基于Lagrange方程的绳钩回收系统的动力学仿真模型,二是在考虑绳索变形和系统结构细节基础上建立了基于MSC.ADAMS的绳钩回收系统的多体动力学仿真模型。通过上述两种仿真模型的算例分析以及与某型无人机绳钩回收试验的测试数据作对比,验证了两种动力学仿真模型在绳钩回收系统不同设计阶段的适用性和有效性。     

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。     

小型舰载无人机侧向自主着舰引导技术

针对无人机着舰性能要求,以国外现役某小型舰载无人机为例,研究其侧向自主着舰引导技术。构建该型舰载无人机侧向自主着舰引导系统,给出侧向自主着舰引导算法,建立无人机动力学和运动学模型,设计侧向飞行控制系统,优化轨迹控制器参数。最后搭建综合仿真平台,完成各模块的分析与测试,实现着舰性能的验证与评估。仿真中,加入舰尾流扰动模型,且舰载无人机初始位置及初始速度方向任意。仿真结果表明,该系统能很好地引导无人机自主着舰,着舰性能符合要求。     

翼伞-载荷系统多体动力学仿真分析

翼伞具有良好的滑翔性、操纵性和稳定性,广泛应用于航天器精确着陆和定点回收。为进行归航控制算法设计,需对翼伞系统动力学特性进行深入研究。以一般翼伞-载荷系统为研究对象,采用拉格朗日乘子法建立了两体8自由度动力学仿真模型,对3个飞行工况进行了仿真分析,结果与相应的空投试验数据基本吻合,验证了仿真模型的有效性。     

无人机栖落机动的一种离线鲁棒预测控制算法

针对固定翼无人机栖落机动过程的纵向运动,研究了一种在线计算量小的栖落机动鲁棒预测控制方法。首先将飞行器栖落机动动力学模型沿参考轨迹建立分段线性切换系统模型。考虑外部风扰动,进一步建立张量积模型。然后,利用渐近稳定的椭圆不变集的概念,采用"离线设计、在线综合"的方法设计了在线计算量较小的栖落轨迹跟踪控制律;结合鲁棒预测控制和切换系统全局稳定分析方法分析了系统稳定性。最后,对外部风扰动下的固定翼无人机栖落机动过程进行了仿真。仿真结果表明所设计的跟踪控制器在线计算量小并具有良好的控制效果。     

基于LPV模型参考自适应飞行边界保护控制

进行有效的飞行边界保护控制有利于预防飞行失控。研究了一种基于线性参数变化(Linear parameter varing,LPV)模型参考自适应飞行边界保护控制方法。基于函数替换方法构建了仿射参数依赖LPV飞行动力学模型,通过调度变量的动态变化来减小与全量非线性动力学模型的失配。将实时飞行边界保护转为有约束广义预测控制问题,设计了数值算法以实现对舵偏角控制量及其增量、飞行状态参数的边界保护。通过仿真分析表明,LPV模型能够较好地逼近全量模型,反映出瞬时飞行动态;通过有约束广义预测控制数值算法能够有效地实现飞行边界的保护控制。     

基于K-means聚类的无人机飞行风险评估（英文）

为量化评估低空空域无人机飞行风险,从飞行冲突、飞行环境和交通特性3个方面分析了无人机飞行风险影响因素,分别构建了无人机空中风险指标和地面风险指标,建立指标筛选模型和无人机飞行风险评估模型,提出了基于K-means聚类的无人机飞行风险评估方法。数值仿真表明本文提出的方法既能有效地评估无人机飞行风险,又能为无人机风险管控提供技术支撑。     

折叠翼无人机火箭助推发射过程影响因素分析与仿真

为深入分析无人机火箭助推发射过程,针对双发火箭在无人机机体上安装位置误差引起的额外力矩和无人机机翼展开时间对无人机飞行存在较大影响这一问题,本文建立无人机非线性模型和控制系统。采用变量法简单明确地进行分析,确定了安装位置误差的边界值和合适的机翼展开时间段。仿真结果表明,得到的边界值和展开时间段满足实际飞行要求。     

基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统

当无人机机动飞行时,采用加速度计校正陀螺误差的测姿系统不能有效地修正陀螺漂移问题,为此提出了基于强跟踪滤波器的多传感器组合测姿系统.引入GPS速度信息、捷联加速度信息和角速率信息建立了基于欧拉角描述的融合测姿系统模型,采用强跟踪滤波器对姿态进行融合估计,有效地估计出陀螺的漂移误差,从而得到无人机准确可靠的姿态测量,同时可以修正无人机的运动速度.通过建立飞行仿真模型,在给定的飞行航迹段对所提出的多传感器姿态测量系统进行了仿真研究,结果表明:测姿系统能够有效地减小模型误差的影响,估计出陀螺的漂移误差,得到更加准确的姿态测量.     

改进气囊供气系统

提出了无人机回收缓冲气囊设计的新构思,采用压缩空气充气和从环境获取空气相结合的方法填充气囊.对气囊的结构形式、进排气口的设计、排气口面积的计算、缓冲过程的计算和气囊体积的计算等问题进行了讨论,并制定了相关的试验方案.这种新型自克气囊如果能够实现,则可大幅度降低整个缓冲气囊系统的重量,在无人机回收技术上实现突破.     

基于网络的无人机实时仿真系统软件

提出一种基于C/S结构的UDP网络便携式无人机半实物实时仿真系统,设计了嵌入式实时仿真软件、仿真控制与显示软件、网络通信软件.在由飞行控制计算机实物、电动舵回路实物和实时仿真设备组成的无人机半实物实时仿真试验环境下,对所设计的仿真系统软件进行全过程实时飞行仿真试验验证.验证结果表明,所设计软件功能正确,性能满足设计指标.     

飞翼无人机机动飞行航迹优化和自生成方法

虚拟机动指令是飞翼无人机机动飞行的基础,是制导回路和控制回路必要的输入。为了生成合理虚拟机动指令,提出了优化基本航路—建立机动数据库—战场信息匹配输出的机动飞行航路生成方法。由于复杂的机动动作可由基本机动动作组合而成,本文以飞翼无人机基本机动飞行动作为优化研究对象,提出了以飞翼无人机控制量变化率为优化参数、航迹片段建立约束条件的无人机机动航路优化方法。其中,机动飞行控制量变化率体现了无人机控制能力的限制;航迹片段约束体现了航迹准确和操作柔和的要求,并对无人机的筋斗、滚桶、盘旋机动进行了优化计算,介绍了机动数据库建立的方法。最后,以机动目标跟踪和有人机追击为设定进行了仿真,结果显示所提方法有效。     

无人机撞网回收的技术发展

撞网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.本文介绍了无人机撞网回收技术在国内外的发展和应用状况,归纳总结了国外撞网回收系统的4种典型结构方案,分析了无人机撞网回收所涉及的吸能缓冲、末端精确引导以及系统仿真与试验验证等关键技术及其解决途径,探讨了国内开展无人机撞网回收系统研制的总体思路.本文为中国无人机撞网回收技术研究尽快转入工程集成应用提供了有益的参考.     

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。     

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。     

Gradient Descent Algorithm for Small UAV Parameter Estimation System

A gradient descent algorithm with adjustable parameter for attitude estimation is developed,aiming at the attitude measurement for small unmanned aerial vehicle(UAV)in real-time flight conditions.The accelerometer and magnetometer are introduced to construct an error equation with the gyros,thus the drifting characteristics of gyroscope can be compensated by solving the error equation utilized by the gradient descent algorithm.Performance of the presented algorithm is evaluated using a self-proposed micro-electro-mechanical system(MEMS)based attitude heading reference system which is mounted on a tri-axis turntable.The on-ground,turntable and flight experiments indicate that the estimation attitude has a good accuracy.Also,the presented system is compared with an open-source flight control system which runs extended Kalman filter(EKF),and the results show that the attitude control system using the gradient descent method can estimate the attitudes for UAV effectively.     

基于OpenGL的飞行器超低空追击/拦截三维可视化仿真系统

研究了一种基于OpenGL实现飞行器超低空追击／拦截三维可视化仿真系统的方法。首先利用3DSMAX软件构建大翼展无人机、武装直升机及机场的三维模型，并将其转换成OpenGL程序，从而降低了直接利用OpenGL构建复杂模型的难度，减小了建模的工作量。在实现三维动画驱动的同时还可进行人机交互控制，然后利用OpenGL建立飞行场景的三维模型，最终以三维动画仿真的方式从各个不同的角度来实现飞行器起飞、超低空追击／拦截、向敌机发射导弹和返航着陆的三维视景。结果表明，该三维仿真系统符合仿真系统三维化的发展趋势和虚拟现实的要求，具有较高的应用价值。     

Dynamic Analysis and Optimization of Pneumatic Wedge-Shaped Launcher for UAV

The constitution,structure,working principle and launching process of the wedge-shaped pneumatic launcher of an unmanned aerial vehicle(UAV)are described.By simplifying its physical model,two dynamic models of the UAV launch system are established based on Lagrange equation and MSC.ADAMS,respectively.The curves of the acceleration and the velocity of UAV changing with time are obtained.The simulation results are compared with the experimental results to verify the correctness of the model.Then,the influence of the parameters on the launch is explored.Finally,the system is optimized.The maximum overload and the acceleration fluctuation are reduced.