无人机半物理飞行仿真试验平台设计

本着方便、实用、经济的原则,利用现有的计算机辅助软件,建立了无人机的一体化仿真试验平台。基于该试验平台建立了飞控设计的规范流程,实现了飞控的工程化、一体化设计。根据该试验平台和规范流程,以一架小型飞机为对象,完成了气动力估算和数值模拟,建立了动力学模型,经过线性化设计了纵向控制器,并对控制律进行了实时仿真和飞行试验验证。     

仿昆扑翼飞行器的翅膀惯性力分析

用理论模化和仿真试验相结合的方法,研究了昆虫翅膀扑动产生的惯性力和惯性力矩.在昆虫扑翼飞行运动的仿生模拟基础上,研究了翅膀扑动过程中拍动幅度、拍动加(减)速周期、平动迎角和翻转加(减)速周期4个振翅运动参数对翅膀惯性力(矩)的影响.研究表明:微小尺度昆虫高频扑翅产生的惯性力幅值与气动力的幅值大致相当;昆虫翅膀的弦向转动惯量比展向转动惯量近似高一个数量级;翅膀拍动惯性力矩的影响远远高于翅膀转动惯性力矩的影响,而转动惯性力矩是可以忽略不计的;只要翅膀的拍动是对称的,就可认为翅膀的扑动是近似对称的;如果翅膀拍动对称的同时转动对称,就可认为翅膀的扑动是严格对称的,此时翅膀惯性力可以忽略.      

仿蝇飞行器性能分析及参数优化

采用改进的准定常气动力和能耗估算方法,对仿蝇布局微型飞行器的结构参数和运动学参数进行了优化,估算了不同尺度样例飞行器的气动力和能耗.结果表明:①仿蝇气动布局更加适合厘米级、毫米级的飞行器,翼展大于3.75 cm时,其性能相对于同尺度的常规布局飞行器不再有优势.②仿蝇布局飞行器的最优运动学参数为:对称转动模式的转动周期为0.2T0.25T;扑动加减速周期为0.15T0.2T;平动迎角取值范围25°30°.增大扑动幅度可以降低扑动频率,但低扑动频率不能产生足够升力时,要减小扑动幅度,增大扑动频率.      

多UAV集群固定拓扑分布式控制方法研究

通过定高飞行假设,建立了集群运行的简化空间模型、基于静止坐标系和运动坐标系的集群控制模型和分布式控制结构。将既定加速度量和势差加速度量按比例结合,控制UAV跟踪轨迹形成并保持集群状态。基于UAV模型和智能体的仿真结果表明,该模型及算法能够实现稳定的UAV固定拓扑集群行为,且具有优越的队形保持和速度控制性能。     

基于MRPs/NPUPF的地磁/加速度计测量的姿态估计新方法

针对现有基于地磁/加速度计的姿态估计算法存在状态误差协方差阵的奇异值和需要准确已知当地地磁矢量的问题,提出了一种新的姿态估计基本方法。该方法采用修正罗德里格参数(MRPs)表示系统动态,消除了采用四元数法导致的状态误差协方差阵的奇异值问题;根据地磁场缓变的特性,将地磁矢量作为平稳过程加入到状态变量中,使得姿态估计不再需要准确已知当地地磁矢量。针对大初始误差和有色噪声对基本方法的影响,通过引入模型误差预测(NPF)和无迹粒子滤波(UPF)方法对其进行改进,提出了基于模型预测无迹粒子滤波(NPUPF)的地磁/加速度计的姿态估计新方法。仿真结果表明,NPUPF方法可在大初始误差和非高斯条件下实现高精度的姿态估计,提高了基于地磁/加速度计的姿态估计方法的可靠性和实用性。
     

熊蜂机动飞行动稳定性

针对目前飞行昆虫的动力学特性分析仅限于定常飞行,采用分叉分析方法研究了熊蜂的机动稳定性.分别以俯仰角速度和偏航角速度作为参变量,计算急停过程和急旋变向过程中各平衡点的稳定性并判断其稳定范围,分析熊蜂在不同前飞速度时的全局稳定性.结果表明:熊蜂在前飞速度为0时进行急旋变向是全局稳定的,偏航角速度为14.23rad/s<| r |<23.8rad/s具有唯一的稳定焦点,在前飞速度为2.5m/s和4.5m/s时进行急旋变向是不稳定的,这解释了飞行昆虫为何在急旋变向前降低飞行速度.熊蜂在不同速度处的急停都不是全局稳定的,会进入不稳定的大幅振荡,但发散之前具有一个约为30个扑动周期的过渡间隙,因此熊蜂由足够的调整时间.