大翼展无人机侧风着陆控制技术研究

为提升大翼展无人机侧风着陆任务安全性,提出一种基于偏流法的侧风着陆控制策略,以实现在着陆接地前航向快速对正,避免大交叉角接地对起落装置的影响。首先,将偏流法侧偏修正与纠偏流航向控制结合起来,解决着陆过程的横航向协调控制与多模态控制律的匹配问题;然后,根据侧风着陆的控制特点提炼出侧风着陆控制律设计要求,通过侧风运动仿真总结出一套纠偏流控制律参数选取方法与优化原则;最后,开展了试飞验证。结果表明,设计的控制律可有效提升大翼展无人机侧风着陆安全性。     

大展弦比无人机抗侧风着陆控制研究

大展弦比无人机进场着陆过程中速度较低,对侧风十分敏感,是飞行过程中控制最复杂的阶段之一.通过分析侧风条件对样例无人机着陆过程的影响,提出了通过优化设计着陆轨迹线、控制空速以及完善纵横向控制策略的方法来改善侧风条件下大展弦比无人机自动着陆的控制品质.仿真结果表明,所设计的自动着陆轨迹线合理,控制策略完备,控制律品质良好,满足样例无人机在侧风条件下自动着陆控制的设计要求.     

一类无人直升机的导航与控制

随着无人机(UAV)应用范围的扩大，要求无人机能精确跟踪预定航线。预定的飞行轨迹可以有两种规划方式，一是近似在当地切平面上的直线或曲线；二是飞行距离较长时在地球表面的大圆航线。本文推导了相关的导航控制律和制导指令计算方法，并且进行了计算机仿真验证和部分的实际飞行试验，此外，还分析了常值风及突风干扰时的导航效果。结果表明，该直升机与预定航线的距离偏差较小，航迹精度较高，能满足实际飞行要求。     

考虑侧风情况下的无人机自主导航控制技术研究

随着无人机应用范围的扩大,要求无人机能精确跟踪预定航线.介绍了无人机侧向导航控制律、切换准则和控制参数的限定;分析了侧风对无人机自主飞行时姿态的影响,以及在一种常用侧向控制律下形成侧风偏差的原因,给出了解决的办法.Matlab软件数字仿真的结果对比表明了控制系统抗侧风偏差的有效性.     

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。     

某型无人机滑跑起降纠偏控制改进分析

地面滑跑起降是轮式无人机飞行过程中的一个重要阶段，研究地面滑跑起降阶段的动力学特性对于无人机抗侧风特性摸底和纠偏控制律设计优化具有重要意义。基于轮胎侧向力模型、弹性轮胎和刚性机体假设，在 Matlab 平台建立地面滑跑阶段全量非线性模型和纠偏控制模型，综合分析发动机扭矩与侧风等工况下滑跑起飞和着陆过程中的响应特性，并对比分析两种不同纠偏控制模型下的纠偏性能和抗侧风特性。结果表明：该仿真模型能够反映无人机滑跑起降阶段的动力学特性，改进后的纠偏控制模型能够大幅缩短滑跑起飞距离，并且可以较好地实现纠偏控制。     

基于Simulink的无人机自主飞行全程仿真研究

研究在Simulink下进行无人机自主飞行全程仿真的方案,用Aerospace模块建立无人机的非线性数学模型,以Simulink的使能模块构造内回路控制律,Stateflow实现外回路的制导、导航模块,并使用仪表模块和虚拟现实模块实现实时监控,可以搭建出完全基于Simulink的模型,能够实现控制律和控制策略的仿真验证。无人机的多模态仿真结果说明Matlab/Simulink下实现飞行控制全程仿真的有效性。     

无人机控制律仿真

文中将粒子群优化算法及动态逆控制方法,应用到无人机控制律的设计与仿真验证中。设计了动态逆控制律及其仿真,引用了基于动态逆控制理论的无人机控制律。应用动态逆控制(Dynamic Inversion Control,DIC)技术,设计了姿态角速率回路与姿态角回路,作为无人机控制系统的内回路;应用PID (比例、积分、微分控制技术,设计了三轴位移回路,作为控制系统的外回路。通过PSO优化算法及样条函数,设计了符合无人机使用要求的航迹曲线。最后,对航迹点进行样条插值,得到平滑的航迹曲线。对无人机控制律响应与航迹跟踪,进行了综合仿真验证。仿真结果表明,所设计的无人机控制律,在允许精度的范围内,跟踪无人机预定航迹效果良好,满足无人机飞行控制需求。     

运输机超低空重装空投抗侧风三维非线性控制律设计

针对大型运输机侧风环境下超低空空投重型货物的瞬间受到三维突变和不确定干扰问题,提出一种基于四级复合控制的运输机三维控制律设计方法。在考虑侧风和地效不确定因素的基础上,建立了空投过程的不确定突变模型;为了保证飞行安全,采用四级复合方法设计了三维控制律:先逐层设计位置回路的虚拟指令,使位置、航迹和姿态的偏差向内逐层传递,再设计舵面和油门控制量消除位置和空速回路的偏差。在弱不确定性条件下,证明了控制系统的闭环稳定性。仿真结果表明,所提控制律可保证运输机侧风环境下超低空重装空投的安全性。     

四火箭助推无人机起飞与降落控制算法

固定翼无人机起降过程对场地要求高，这限制了其应用。为此，提出四火箭助推无人机实现短距离起降的方案，并对火箭助推无人机起降控制算法进行研究。设计火箭助推无人机起降过程的控制策略；建立无人机气动力、助推火箭作用力、发动机推力及控制律数学模型，构建无人机起降过程的动力学方程；设计一种基于PID 控制的控制算法，控制目标无人机在各种干扰环境下安全稳定地完成起降过程；利用MATLAB 软件编程进行仿真计算，并通过对比仿真结果与试飞结果，来验证该控制算法的有效性。结果表明：所设计的控制算法及控制律满足目标无人机起降过程的控制要求。     

无人机空中加油自主会合的制导与控制

针对无人机空中加油的自主会合问题,进行了相应制导律和非线性控制器的设计。通过改进的带角度约束的三维比例制导律实现对航向角的控制,以协调转弯的方式将航迹角指令转化为姿态角指令。基于无人机六自由度的动力学模型,针对无人机的姿态控制,采用时标分离的方法设计了慢子系统和快子系统,并对这两个子系统分别进行动态逆控制设计。同时,基于滑模控制的方法设计了满足自主会合要求的速度控制律。在保证无人机飞行稳定的基础上,实现了对控制和制导指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的制导律和控制律能够实现无人机空中加油的自主会合,具有良好的动态特性。     

基于UKF自主定姿方法研究

轻小型飞行器在飞行中卫星导航失效时,余度控制回路要求导航系统具有自主确定姿态的能力.提出了基于IMU的输出确定水平姿态的方法,并采用UKF实现飞行中的实时滤波估计.对某无人机实际飞行的MEMS型IMU数据进行了仿真,结果表明该方法给出的姿态角信息满足控制精度需求.将UKF与EKF滤波估计结果进行比较,UKF更具有优越性.     

带FDI算法的无人机组合导航姿态确定控制系统设计

无人机导航系统的作用是提供导航数据给飞控计算机作为制导和控制用,因为飞控计算机的性能在很大程度上依赖于导航数据,导航系统的某一个错误可能会导致整个无人机的失败,因此,导航系统应具有故障检测和隔离(FDI)算法,介绍了一种用于无人机导航的FDI和低成本的组合导航系统,硬件包括低成本商业用MEMSIMU、GPS接收器、磁力计和导航计算机,软件包括带FDI算法的卡尔曼滤波。     

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。     

无人机机动轨迹跟踪系统设计

对无人机机动飞行轨迹跟踪系统的内环姿态控制律和外环轨迹跟踪控制律两部分分别进行了设计。利用非线性动态逆方法设计了内环姿态控制律。外环轨迹跟踪控制律采用逆动力学前馈加模糊反馈的控制结构,提高系统对飞行条件及期望轨迹剧烈变化时的跟踪精度。仿真结果表明,所设计的系统能够控制无人机精确跟踪指定的机动轨迹,且相对于固定增益系统具有更好的鲁棒性。     

基于改进RRT算法的无人机航路规划与跟踪方法研究

为了使航路规划算法在三维动态环境下能够快速规划出较优可行航路,基于快速扩展随机树算法(RRT),对规划航路点进行了无人机飞行动力学约束,并且设计了局部航路动态优化策略。针对传统的航路跟踪控制律跟踪较为曲折的航线时跟踪误差较大的问题,通过将规划算法得出的姿态指令引入姿态控制回路的方式,提高了航路跟踪控制算法的快速性与准确性。在此基础上,搭建了无人机验证平台,利用该验证平台完成了无人机自主避障飞行试验,对算法的有效性进行了验证,并对算法性能进行了评估。     

低成本多传感器组合导航系统在小型无人机自主飞行中的研究与应用

 为了满足小型无人机自主控制系统对导航系统性能的要求，研究低成本的基于微机电系统的捷联惯性导航系统(MEMS-SINS)/全球定位系统(GPS)/磁强计组合导航系统。提出一种利用磁强计辅助MEMS-SINS的静基座初始姿态确定方法，采用四元数误差模型对MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航系统进行信息融合的建模，采用基于正交三角(QR)分解的平方根无色卡尔曼滤波(UKF)非线性估计方法对组合导航系统进行数据融合，克服由于计算机舍入误差引起的状态协方差阵的计算值失去非负定性甚至对称性，通过小型无人机的自主飞行试验，证实MEMS-SINS/GPS/磁强计组合导航算法满足小型无人机自主控制系统的要求。     

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。