无人机飞行控制半物理仿真系统设计

飞控计算机应用到无人机上之前,需要对其进行较为全面的仿真测试。本文设计了对飞控计算机进行全面测试的飞行控制半物理仿真系统。选用RTLinux作为操作系统,使用MATLAB Simulink建立某型无人机飞控系统仿真模型,采用RTW（Real Time Workshop）工具,自动生成优化的嵌入式实时仿真代码,在线调整模型参数并监视仿真数据。大量仿真试验表明：该方法能够较大程度地提高仿真代码的效率和可靠性,降低仿真软件的开发工作量,缩短开发周期,提高仿真软件的质量和仿真系统的性能,是一种值得推广的方法。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

基于UML的无人机飞控系统建模

针对无人机飞控系统功能及其复杂而又难以比较全面的描述,提出利用面向对象统一建模语言UML对飞控系统进行建模,可直观地描述飞控系统,并可以从不同角度较全面地描述飞控系统。首先简要介绍了飞控系统的原理和功能,在此基础上,利用UML例图、类图、协作图、顺序图、活动图,分别从整体、静态、动态角度描述了飞控系统。使用这种方法对飞控系统建模可应用在无人机系统仿真建模中,对无人机系统仿真建模具有积极的研究意义。     

基于VxWoks的直升机飞控系统半物理仿真软件技术

开发高性能可靠的飞控计算机是直升机研制的重要一步,在试飞之前,需要对飞控系统进行全面的仿真测试.结合控制律软件设计,提出一种基于嵌入式VxWorks操作系统,结合RTW工具箱进行飞控系统半物理仿真研究的方案.详细说明了使用RTW生成实时目标代码的过程和外部模式的配置.开发了半物理仿真平台的软件,并与控制律软件、飞机模型、飞控操纵台进行联合调试.解决了RTW生成模块中信号量访问、仿真软件各功能模块优先级划分、串口数据读写等问题.最后给出了联合调试的实际仿真结果,并验证了该方案的软硬件的可靠性.可以应用到进一步的试飞工作中.     

航天飞控软件操作概图开发

航天飞控软件是具有高可靠性要求的软件系统,对其进行可靠性测试是航天飞控任务的基本要求。操作概图是进行软件可靠性测试的基础。由于开发大型软件系统的操作概图比较复杂,使其成为了制约开展软件可靠性测试的主要困难之一。本文以地面航天飞控软件为例,介绍了实时飞控软件操作概图的开发步骤和方法。首先是确定软件系统的操作模式,并确定每个操作模式所运行的相关软件;然后给出了识别每个软件的操作发起者和操作方法;最后对不同类型的操作给出了确定其发生概率的方法。     

无人机网络中数控分离的安全传输机制

数据和飞控指令的安全性是无人机网络安全性的一个重要方面。针对现有的无人机网络安全机制中的不足，本文提出了一种数控分离的安全传输机制。针对无人机向地面站发送的数据采用基于高级加密标准的计数器和密文分组链接消息认证码（AES-CCM）认证加密机制的数据安全传输协议，保证数据的机密性和完整性，针对地面站向无人机发送的飞控指令设计了基于一次签名的飞控广播认证协议，保证飞控指令的完整性。通过安全性分析，证明所提出的方案能够保护数据的机密性和完整性，以及飞控指令的完整性。最后，通过仿真试验分析了所提出方案的性能，结果表明，所提出的数据安全传输协议发送100B和1KB的消息时，平均每个消息的认证加密时间和解密验证时间均不超过1ms；所提出的飞控广播认证协议在使用不同的哈希函数时，对1MB的飞控指令生成签名和验证签名的时间为1～2.7ms，在实际应用中具有高效性。     

民用飞机飞行控制软件开发方法探讨

通过对民用飞机飞控软件的重要性及复杂性的分析,结合目前机载软件开发的现状,对软件开发过程中的一些问题进行了论述,特别是对民用飞机多通道飞控软件的开发方法进行了探讨,提出了应用UML建模语言对飞控需求进行描述以消除不同开发组对需求理解的歧义,采用中间件以提高程序的开发质量与效率的软件开发方法,为有关人员提供了参考.     

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。     

基于586-Engine的无人机飞控系统的设计与实现

以微控制模块586-Engine为核心,设计了用于某小型无人机的一种飞行控制系统,该系统具有小型化、高集成度等特点。详细介绍了该系统的体系结构和各模块的作用,给出了相应的飞行控制策略;还介绍了飞控软件的开发环境和相应的软件流程图。半物理仿真实验表明,该无人机的飞控系统功能完善,具有较高的控制精度。     

基于Labview虚拟仪器技术的无人机综合检测系统

基于Labview虚拟仪器开发的无人机综合检测系统,通过与飞控计算机、传感器等组成一个闭环系统,在地面测试验证过程中将能够实现快速数据采集和存储、信号模拟注入和故障注入、数据在线显示、数据回显等功能。其测试设备可以帮助试验人员准确、方便、完整地完成无人机系统的地面测试任务,从而保证无人机系统的功能完备性和可靠性,该综合测试系统已应用于某型无人机上。     

飞行控制系统软件复用技术

软件复用技术能够提高飞行控制系统软件研发效率,保证软件质量。针对飞行控制系统软件的特点,提出以软件复用为目的的软件体系结构,提取了基本构件,并对基于复用技术的飞行控制系统软件研发过程进行了研究。     

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。     

Full mode flight dynamics modelling and control of stopped-rotor UAV

The Stopped-Rotor (SR) UAV combines the advantages of vertical take-off and landing of helicopter and high-speed cruise of fixed-wing aircraft. At the same time, it also has a unique aerodynamic layout, which leads to great differences in the control and aerodynamic characteristics of various flight modes, and brings great challenges to the flight dynamics modelling and control in full-mode flight. In this paper, the flight dynamics modelling and control method of SR UAV in full-mode flight is studied. First, based on the typical flight profile of SR UAV when performing missions, using the theory and method of fuzzy mathematics, the T-S flight dynamics model of SR UAV in full-mode flight is established by synthesizing the flight dynamics model of each flight mode. Then, an explicit model tracking and parameter adjusting control system based on fuzzy theory is designed to enhance the stability of the inner loop of SR UAV in full-mode flight, which effectively reduces the coupling between axes and improves the control quality of the system. Finally, the outer loop control system is designed by using classical control method, and the control law of SR UAV in full-mode automatic flight is obtained. The simulation results show that the proposed control system design method is feasible and effective, which lays a solid foundation for the subsequent engineering implementation of the SR UAV.     

基于Stateflow的 无人机多模态控制转换逻辑设计

针对基于Simulink建立的无人机飞行管理系统存在逻辑复杂、全飞行状态航迹仿真建模繁琐等缺点,文章利用有限状态机建立无人机全状态、多种导航控制模态下的控制和逻辑切换流程,并结合飞行管理系统、飞行控制系统和无人机运动学模型建立无人机全状态仿真系统,通过仿真对飞行工作模式的切换效果进行了验证。     

无人机综合飞行/推力矢量控制

以某无人机为背景,主要研究大机动时带推力矢量的综合飞行/推进控制系统的设计方法。应用非线性动态逆方法,根据无人机本身具有明显不同时间尺度差异的动力学特性,结合奇异摄动理论将控制变量按照响应快慢分为4个回路进行了控制器的设计与仿真;设计推力矢量控制和气动控制相结合的控制器,实现飞行和推力矢量的控制综合;将无人机的任务转化为对飞行控制的限制条件,对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞机做大机动时的控制要求。     

某无人机爬升过程中燃油温度变化规律仿真研究

采用 RON95# 车用汽油或 100LL 航空汽油为燃料的中空长航时无人机在爬升过程中容易遭遇气阻。利用 Flowmaster 软件搭建某型无人机燃油系统的仿真模型,以实际飞行试验中的环境温度、初始燃油温度、初始燃油量、耗油率等参数作为边界条件,通过仿真得到飞行过程中油箱内燃油温度,并与实际飞行试验数据进行对比,验证仿真模型的可行性;利用该模型定量研究环境温度、燃油油量、耗油率、爬升速度等因素对燃油温度变化规律的影响。结果表明:对于某型无人机燃油系统,在连续爬升过程中燃油温度的变化受初始外界环境温度、爬升速度的影响比较大,而燃油油量、耗油率则对燃油温度变化的影响较小;初始外界环境温度越低、燃油油量越少、耗油率越快、爬升速度越大则燃油温度下降幅度越大。     

无人机动态飞行参数处理及应用策略

飞行参数处理能够有效地评价无人机在飞行过程中的行为,将其与故障注入技术相集成能够合成测试无人机系统可靠性的完整技术。文中结合无人机的特点提出了一种面向飞行参数时序数据流的飞行参数处理方案,利用飞行参数处理技术实时判读无人机的行为,监测机载设备故障在无人机系统中的传播过程。首先在分析无人机飞行参数数据特征的基础上,着重研究了飞行参数实时数据采集和数据处理方法;然后构造了一个实际的飞行参数处理系统UAVFDD_01,并分析了动态飞行参数处理过程。系统可靠性测试试验结果表明设计的系统能够满足无人机可靠性测试的要求。     

第一视角飞行模式设计与无人机着陆试验研究

设计了一种第一视角飞行模式,同时观察图像与导航数据来控制无人机飞行并实现着陆.第一视角飞行是一种基于无人机上加装无线图像传输设备,在地面看屏幕操控无人机的操作模式.无人机操纵员通过观察前视探测器拍摄的图像和导航数据控制遥控器,地面控制站捕捉遥控器的输出信号并把该信号通过数据链传至机载飞控系统,从而实现对无人机的控制.该飞行模式的实现,提高了无人机飞行的机动性,突破了小型无人机只能在本场着陆的限制,使无人机可以在远离本场情况下安全着陆.