四旋翼式飞行潜航器非线性增量动态逆控制

针对四旋翼式飞行潜航器水下运动姿态控制问题,设计了一种带二阶低通滤波器的非线性增量动态逆控制器。建立了四旋翼式飞行潜航器水下运动数学模型,推导了增量形式的姿态控制律,以反馈的角加速度信号作为虚拟输入,得到了推力增量与角加速度的关系式,设计了姿态控制器,并进行了鲁棒性分析。通过在控制端和反馈的状态导数端引入二阶低通滤波器,保证了系统的时间同步性。仿真结果表明,在外界扰动和不确定性作用下,所设计的增量动态逆控制方法能够快速准确跟踪参考信号。     

基于跟踪微分器的增量动态逆容错控制方法及应用

为提高飞机对干扰的鲁棒性，提出一种基于跟踪微分器的非线性增量动态逆控制方法，并基于此方法设计飞机飞行容错控制律。首先，利用传递函数补偿法同步角速度和舵面偏转信号降低角速度传感器对闭环系统的影响。然后，为克服估计角加速度时差分放大残余噪声的问题，采用跟踪微分器来替代传统差分方法，在保证角加速度准确性的同时降低测量噪声。最后，通过数值仿真验证了所提出的基于跟踪微分器的增量动态逆控制方法的性能。结果表明，该控制方法对机翼损伤故障具有鲁棒性，能够消除传感器动态对系统的影响，并且能够有效降低测量噪声对系统的影响。     

加速度反馈的隐式动态逆鲁棒非线性控制律设计

针对常规显式非线性动态逆(NDI)控制鲁棒性差的问题,综合隐式动态逆和奇异摄动分层设计,引入状态速率（导数）反馈和操纵面的当前位置信号反馈,设计了隐式增量形式的动态逆控制律。控制律中不显含基于标称模型的非线性直接状态反馈,不需要完整的飞机气动力模型,降低了控制律对于模型的敏感度。利用过载测量信号,采用几何的方法,构建了角加速度信号,对于其他状态速率信号,基于飞机动力学方程,以代数计算的方法求解得到。控制律结构简单,当飞机存在外形损伤、舵面失效或传感器失效时,能够迅速实现测量信号的隔离、反馈信号的重建和控制的重新分配和控制律重构。针对某飞机进行控制律设计和数值仿真,结果表明在存在气动力摄动的情况下,控制律具有良好的鲁棒性。     

基于LESO的无人机飞行姿态动态逆控制

在建立无人机飞行姿态角速度回路动力学模型的基础上,基于非线性动态逆控制方法设计了角速度回路的控制律。考虑到动态逆控制对控制对象精确数学模型的高度依赖,采用线性扩张状态观测器(LESO)对系统的扰动进行了估计和实时补偿。仿真结果表明,基于LESO的动态逆控制方法能够实现对控制指令的精确跟踪,且具有很好的鲁棒性。通过对不同LESO带宽下控制系统的仿真结果进行比较发现,带宽越大,LESO估计效果越好,控制器对指令的跟踪精度越高。     

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。     

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。     

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。     

推力矢量控制与飞机过失速动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段，针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性为为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态为量控制律的设计是利用状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的以限分配进行了搪塞。“Ｃｏｂｒａ”和“Ｈｅｒｂａｔ”两     

推力矢量控制与飞机过失速机动仿真研究

非线性动态逆为非线性系统控制律的设计提供了一种重要手段。针对过失速机动飞机探讨了非线性动态逆方法在飞行控制系统设计中的应用。根据非线性动态逆的特点将飞机的动态特性分为快慢不同的状态变量。对快变量应用非线性动态逆进行控制律设计是将飞机气动控制面和推力矢量控制作为输入；慢状态变量控制律的设计是利用快状态变量作为输入。并采用伪逆的优化计算方法对各控制面的操纵权限分配进行了探讨。“Cobra”和“Herbst”两个过失速机动的实现证明该设计方法和仿真方法是成功的。     

基于增量动态逆的协同轨迹控制方法研究

针对协同飞行飞机的队形保持和轨迹跟踪问题,提出一种基于增量动态逆的协同轨迹控制方法。首先按照时标分离原理,利用增量动态逆设计飞机航迹控制律;然后使用非线性制导法完成复杂轨迹跟踪控制;接着基于一致性理论,设计4架飞机的长机-僚机协同飞行轨迹控制律,长机利用L1轨迹制导跟踪期望飞行轨迹,僚机通过基于一致性协议的协同控制律进行队形变换并跟踪长机。仿真结果表明,该方案能够很好地完成协同队形变换和协同轨迹跟踪控制。     

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。     

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.     

无人机着陆控制的特征结构配置方法实现

针对无人机纵向着陆系统的控制需求,采用特征结构配置方法的设计方案。阐述了全状态反馈理论基础上的特征结构配置的原理以及根据设计指标确定特征结构配置的方法,并对某型无人机纵向飞控系统动态响应进行分析,给出仿真实例。仿真结果表明,应用特征结构配置方法设计出的控制器,能够使飞机准确地跟踪期望轨迹,满足系统动态性能要求。在工程中具有一定的实用价值     

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。     

短距起飞垂直着陆推力矢量无人飞行器减速过渡控制律设计

为实现短距起飞垂直着陆(STOVL)无人飞行器在推力矢量控制下的减速过渡,研究减速过渡阶段的控制律综合设计方法.首先通过分析STOVL无人飞行器减速过渡性能,对减速过渡推力矢量控制方案进行了评估;然后采用隐式动态逆方法设计导引律,为STOVL无人飞行器按预设任务减速过渡提供可达的控制指令;最后采用改进的特征结构配置方法进行内环控制律设计,跟踪导引指令并保持姿态稳定,伴随动压降低加入姿态喷管控制,辅助气动舵面稳定姿态.由全量六自由度飞行仿真结果表明:当减速过渡速度低于最小平飞速度以后,STOVL无人飞行器依然保持良好的航迹跟踪和姿态稳定.该方法完全采用直接配置法,有利于随控布局总体方案的快速评估.      

基于LESO状态反馈的无人机速度控制

无人机速度回路的控制受外界环境、构型变换等不确定性干扰因素的影响较大,采用基于线性扩张状态观测器（LESO）的自抗扰控制方法能准确估计并补偿不确定性干扰,在观测器的基础上加入状态反馈和指令前馈,能获得良好的稳态、动态品质。性能分析与仿真结果表明,基于LESO状态反馈的无人机速度控制方法具有良好的干扰抑制能力,能够实现对控制指令的精确跟踪。     

A distributed approach for lidar-based relative state estimation of multi-UAV in GPS-denied environments

In this paper, we present a distributed framework for the lidar-based relative state estimator which achieves highly accurate, real-time trajectory estimation of multiple Unmanned Aerial Vehicles(UAVs) in GPS-denied environments. The system builds atop a factor graph, and only onboard sensors and computing power are utilized. Benefiting from the keyframe strategy, each UAV performs relative state estimation individually and broadcasts very partial information without exchanging raw data. The com...     

导弹协同作战飞行时间裕度

 基于导弹协同作战任务规划系统进行合理任务分配的需求,研究了导弹可以修正控制飞行时间的裕度。根据导弹-目标在视线坐标系和角动量坐标系下的运动关系,得出了导弹相对于目标的加速度,并基于此给出了导弹剩余飞行时间的估算方法;当前时刻导弹剩余飞行时间的估算值与已经飞行的时间以及任务规划系统指定的期望到达时间构成时间反馈作用,用于修正控制导弹到达目标的最终飞行时间。由于真比例导引律在工程实现和解析运算中具有一定的优势,选择在真比例制导加速度的视线方向施加时间反馈控制作用,进而得出了基于真比例导引律的导弹协同作战飞行时间控制导引律;最后重点研究了在该时间控制导引律的作用下,存在导弹的飞行速度限制以及弹目相对运动约束时,导弹飞行过程中任一时刻对应解析形式的可控飞行时间的裕度。仿真结果表明,本文的设计合理可行,对于多弹协同作战的实现具有重要意义。     

无人机遥控驾驶关键技术研究与飞行品质分析

无人机遥控驾驶方式相对程控方式来说,在时间延迟、情景遥现、数据链性能优化以及飞行控制等方面的要求较高,而这些因素也成为了困扰无人机遥控驾驶发展和应用的关键.借鉴无人机技术验证平台地面闭环试验的结果,以时间延迟、数据链路性能为重点针对无人机遥控驾驶所面临的各种关键技术难点进行了深入的分析、研究,提出了合理的关键技术解决方...