高速无人机着陆滑跑纠偏联合仿真研究

针对高空高速无人机着陆地面滑跑过程中的侧向偏移问题,建立了差动刹车和方向舵联合纠偏控制系统。使用动力学软件LMS Virtual. Lab Motion建立了包含阻力伞、气动舵面和起落架等设计因素的全机动力学模型,并与Matlab/Simulink控制模型进行全无人机着陆滑跑联合仿真分析,验证了在侧风情况下无人机着陆滑跑纠偏性能。仿真结果表明,所设计控制系统满足性能指标要求,在无人机的整个滑跑阶段均有良好的抗风纠偏效果。     

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。     

某高速着陆无人机方向舵纠偏控制设计及性能分析

无人机高速着陆过程中,由于侧风或初始干扰导致的滑跑侧偏极其危险。基于高速状态下方向舵纠偏效率高的特点,建立某无人机高速着陆动力学模型,设计方向舵纠偏控制策略,并基于Matlab/Simulink平台建立无人机滑跑非线性动力学模型及方向舵纠偏控制模型;对具有初始1°偏航角和1m/s持续垂直侧风情况下的无人机着陆工况进行仿真分析,并通过控制着陆速度、着陆初始姿态角和侧风强度,分析纠偏控制系统的性能。结果表明:所设计的纠偏控制系统具有一定的航向纠偏和抗持续侧风能力,最大侧偏距小于3 m,偏航角小于5°,较好地实现了高速滑跑阶段的侧向纠偏性能。     

某型飞机模型飞行试验地面滑跑控制研究

地面滑跑纠偏的目标是控制飞机沿跑道中心滑行,避免因发动机安装偏差、侧风扰动、跑道不平、飞机结构不对称等非理想特性,出现飞机滑出跑道的情况.首先建立飞机地面滑行动力学方程,并分析三轮、两轮滑跑阶段的受力情况,在此基础上设计了副翼、方向舵与前轮联动的控制策略.在Simulink平台上搭建飞机的地面滑跑全量非线性模型,仿真验证了纠偏控制律结构和逻辑的正确性.试验结果表明,滑跑纠偏控制系统空地状态切换平稳,在低速和高速阶段均具有良好的控制效果.     

无人机滑跑侧翻现象建模与控制设计

无人机的安全滑跑是整个飞行任务的基础,也是其重复使用的重要前提。以前三点式无人机为研究对象,重点研究了滑跑阶段的安全保护策略以及航向保持控制律。首先对滑跑过程中最常见的侧翻现象进行建模,并通过侧翻试验验证了模型的正确性。然后基于侧翻模型提出了预防侧翻的安全边界,并设计了侧翻保护系统。其次,通过试验辨识出前轮转角对航向角速度的传递函数,在此基础上设计了滑跑航向控制律,并改变了操纵手的航向操控模式。最后,滑跑试验结果表明,带有侧翻保护功能的滑跑航向控制系统能够有效完成无人机的滑跑任务。     

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。     

基于符号控制的无人机飞行控制律设计

以某小型无人机为研究对象,通过分析,针对无人机的飞行控制律的非线性、不确定性等问题,研究了一种基于符号控制方法,并应用于无人机飞行控制律的设计。首先研究和建立无人机六自由度非线性数学模型,无人机数学模型是其飞行控制系统设计的基础;其次就是对其非线性模型进行线性化处理,实现其离散化,而后对其采用符号控制,调整符号控制输入,确定其符号控制结构,采用符号控制算法寻优。最后对此进行了matlab仿真,实现了无人机飞行控制律的优化设计,仿真结果表明,这种控制新方法设计的无人机飞行控制能达到较好的控制效果,可应用于飞行控制系统的设计。     

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。     

断开垂直陀螺的无人机纵向控制技术研究

为适应低成本、小型化无人机发展趋势,提出了断开垂直陀螺,仅采用角速率陀螺、GPS和大气机的简化配置控制思想,形成了基于高度控制的爬升、平飞、下滑纵向控制策略,设计了缺少俯仰角信号时的高度控制方案,并分析了控制方案的理论依据。利用某小型无人机进行了简化配置纵向控制律设计,分析了控制系统的频域特性和时域特性,对其控制性能进行了考察。通过与传感器完整配置下的常规控制律对比分析表明,对于纵向静稳定性较好的无人机,该简化配置控制策略是可行的。     

升力风扇无人机垂直起飞控制系统设计与仿真

针对升力风扇无人机升力产生原理异于常规飞机的特殊性,对无人机进行了受力情况分析,建立了垂直起飞阶段全量飞行力学数学模型,并详细给出了纵向和横航向的控制方案。采用传统控制律设计方法对升力风扇无人机垂直起飞过程的高度、纵向及横航向控制回路进行了设计,并搭建控制仿真平台进行了仿真验证,通过仿真结果分析了该类型飞机的运动特性,验证了控制系统的正确性和可行性。     

舰载无人机横侧向着舰控制律设计

舰载无人机横侧向控制一直是着舰控制律设计的难点。为了解决着舰横侧向控制的难题,针对舰载无人机的非线性模型采用了反演控制器设计方法,为解决传统反演的计算膨胀问题,引入了指令滤波方法,同时只设计了一个Lyapunov函数证明了稳定性;由于舰载机动力学模型不能精确获得,采用了自适应方法对其进行估计。设计的横侧向着舰控制器,能较好地解决横侧向控制器设计过程中的耦合问题,并且和传统PID进行了仿真对比,证明了所设计的控制律满足了对参考信号跟踪的性能要求。     

无人机非方阵系统解耦控制

针对无人机(UAV)盘旋侦察飞行过程中,横侧向运动为非方阵多变量系统,且存在强耦合作用的问题。提出了一种新型的解耦方法。首先建立无人机横侧向非方阵系统模型,并采用内环反馈方法对模型进行了方阵化,然后基于一种最优化的逆乃奎斯特阵列法,提出了扩展INA法迭代公式,用于无人机非方阵系统的动态解耦补偿器求解。仿真结果表明:补偿后无人机偏航、滚转通道间的耦合效应明显降低;且设计方法物理概念清晰,易于工程实现。     

Distributed bearing-based formation control of unmanned aerial vehicle swarm via global orientation estimation

Most existing formation control approaches for Unmanned Aerial Vehicle(UAV)swarm assume that global position and global coordinate frame are directly available for each agent. To extend the application domain, this paper proposes a distributed bearing-based formation control scheme, without any reliance on global position or global coordinate frame. The interactions among UAVs are described by a directed topology with two-leader structure. To address the issue of unavailable global coordinate fr...     

垂直/短距起降飞机的控制仿真技术

针对垂直/短距起降飞机的特点,通过在某型飞机上虚拟加装升力风扇系统,建立了垂直/短距起降飞机的动力学模型,提出了垂直起降阶段垂向、纵向、横向和航向的控制方式并完成了控制律的设计与验证。研究结果表明,所建立的垂直起降动力学模型能够描述垂直起降飞机的动力学特点,提出的控制方式和设计的控制律能够有效地控制飞机实现垂直升降、侧飞、偏航、前飞和后飞等运动,可用于垂直起降飞机的飞行品质、起降程序的设计和验证等相关方面的研究。     

穿越微下冲气流的飞翼布局无人机控制方法

微下冲气流是最危险的低空风切变形式,为在起降阶段安全穿越该气流,飞翼布局的无人机控制律应具有快速响应能力和良好的鲁棒性。针对大展弦比飞翼布局无人机舵面附加升力大和低速状态俯仰操纵效能低的特点,提出了舵面附加升力和机体气动力相结合的复合控制方案,改进了以输出误差为参考量的非线性指令分配策略,设计了基于迎角保护的指令分配策略。将风干扰和模型的不确定性视为未知扰动,采用自抗扰控制(ADRC)理论设计飞翼布局无人机非线性控制律,使之对风干扰和模型的不确定性进行估计补偿。仿真结果表明,复合控制与ADRC相结合的方法加速了航迹倾角的单位阶跃响应速度,使上升时间缩短了64%,同时能够实现对风干扰的有效观测和补偿,使高度损失低于2m;能够在风切变中有效保护迎角,使其维持在5.5°以内。因此,该方法能够为飞翼布局无人机安全平稳地穿越微下冲气流提供一种参考方案。     

一种新的变结构自适应控制方法及其应用研究

本文提出一种新的变结构自适应控制方法,并将其应用于航空发动机控制。这种方法只利用系统输入输出信号,与传统的自适应控制方法相比,具有收敛特性好,对对象的参数变化及未建模动态有很好的鲁棒性,同时其算法简单,易于实现。仿真表明该方法适用于航空发动机控制。      

基于神经网络补偿动态逆的飞翼布局无人机姿态控制方法

将动态逆控制技术应用于飞翼式布局无人机的姿态控制回路,以适应飞翼布局无人机控制系统要求。介绍了动态逆控制器解耦控制原理,以及神经网络补偿结构的作用和设计方法,并基于无人机非线性姿态运动学和动力学模型设计了基于神经网络补偿的动态逆控制器。在强耦合、强非线性的飞翼布局无人机模型上,通过数学仿真验证了系统具有良好的动态性能和稳态特性,控制器具有很强的鲁棒性。     

利用遗传算法和LMI设计固定结构H2/H∞飞行控制律

 在设计飞翼式无人机(UAV)的横航向飞行控制系统时,为了使无人机具有较好的动态特性和阵风抑制能力,同时又便于工程实现,提出了固定结构的H₂/H_∞控制律设计方法。对于由此遇到的双线性矩阵不等式(BMI)问题,先用线性矩阵不等式(LMI)方法得到控制律参数和H₂/H_∞性能指标的映射关系,再用此映射关系作为适应度函数,用改进的遗传算法求解使H₂/H_∞性能最优的控制律参数。仿真结果表明,使用固定结构的H₂/H_∞控制方法的无人机动态响应迅速平滑,在侧风干扰下的滚转角振荡幅值仅是原经典控制方法的一半。