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。     

基于B样条的直升机航迹处理方法

为满足航迹规划中最优航迹的要求,需要对参考航迹进行处理.提出了一种基于B样条曲线的直升机航迹后处理方法,方法以改进蚁群算法生成的参考航迹为基础,利用B样条曲线自身连续性、局部性、曲率变化均匀等特性,并根据直升机低空飞行的过载、最大飞行速度等限制条件,对参考航迹的航迹点进行修正和插值.B样条曲线也有利于对航迹进行局部重规划,可以满足出现意外情况时航迹修改和调整的要求.对B样条处理后的航迹采用广义预测方法(GPC)进行跟踪控制,并与线性插值处理得到的航迹进行比较,从航迹控制的角度验证了该后处理方法可以提高跟踪控制的性能和操纵品质.     

一种生成飞行管理优化航迹的方法

本文针对飞行管理中的航迹生成问题进行了分析研究.飞行管理系统是以综合节油性和时间性的直接工作成本为其性能指标的.根据这一指标,本文探讨了用能量近似法生成优化航迹,对波音-767飞机的实际航线飞行进行了对比计算,并与波音公司制定的使用手册提供的飞行结果作了比较,证实了该方法的可行性。     

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。     

飞行管理系统中飞行计划模块的功能设计与仿真实现

飞行计划模块包括飞行计划管理、航迹优化计算、飞行中实时执行等子功能模块。首先研究了飞行计划的人工创建、自动创建、状态管理等功能模块的实现方式;然后研究了水平航迹(水平计划)合成、三维航迹(垂直轨迹)优化和四维航迹生成模块的实现方式;对于飞行计划的实时执行功能模块,研究了由于危险天气、空管限制、飞机构形等因素限制而进行计划偏离、直飞、等待、激活备用计划、航路备降、盘旋等待等功能模块的实现方式;最后以波音737-800飞机的相关数据为例进行了仿真计算,研究结果可为飞行管理系统的研究提供参考。     

战斗机航迹可飞性过载检验算法

生成满足战斗机过载约束条件的三维航迹以及对航迹进行可飞性过载检验是战斗机航迹规划的重要内容。利用B样条曲线拟合战斗机航迹并计算航迹曲率,给出了航迹可飞性过载判断准则以及相应的保证措施,即降低速度与调整导航点。通过对某型战斗机按拟合航迹飞行的需用过载进行仿真并对航迹可飞性进行过载约束检验,有效地验证了调整导航点位置的两条可用原则:防撞优先与规避优先。该算法对于实现战斗机三维航迹规划生成以及航迹可飞性过载检验具有一定的实用价值。     

三次样条最佳地形跟随系统的研究

 本文用线性规划法取代二次规划法以实现三次样条最佳航迹的计算,简化了约束条件,且能在原有飞行自动控制系统基础上设计航迹自动跟踪系统,从而大大地减少计算工作量,使得原来无法实现的Funk及Kelly等人的三次样条最佳地形跟随方案十分接近于实时实现条件。混合仿真结果表明。6370m长的最佳航迹可于14.6 s内算完,而飞机飞过这段航迹要用20 s,且这种算法可以保证飞过高度变化范围达1000 m的地形,地形跟随系统的实际高度与参考值的误差不超过10 m,最大法向过载在0～3 g之闻,满足了当前地形跟随系统的基本技术要求。     

飞航导弹航向飞行包络计算模型及仿真分析

飞航导弹飞行包络的确定是航迹评估的重要前提,是其安全飞行的重要基础。文中基于飞航导弹的飞行过程,分析了各飞行阶段航向误差因素,建立航向飞行包络误差模型,给出了飞行包络半径大小计算的数学方程,最后进行了仿真分析。文中的研究对飞航导弹航迹评估和飞行安全维护具有重要的军事意义。     

计算航路上飞行冲突概率的一种方法

针对飞机在航路飞行时航迹变化的一般情形,考虑预估航迹可能存在的各种误差,修正了航迹改变后的航迹预估误差协方差矩阵,用于改进了的三维飞行冲突概率计算方法.最后用Mome-Carlo.方法验证了计算结果的正确性并对结果进行了分析.     

基于基本飞行模型的ADS-B航迹修正研究

为有效提高飞机的监视精度,获取准确的飞行航迹,针对ADS-B监视过程中的航迹异常问题,提出了基于基本飞行模型的ADS-B航运修正方法.该方法充分利用ADS-B丰富的飞行数据信息,建立了飞行计算模型和航迹识别模型,最终结合真实数据通过程序仿真验证了该方法的可行性.实验结果表明,该方法能准确、快速修正平飞、转弯、爬升过程中的航迹信息,可以有效提高航迹监视的实时性.     

大型民用运输机噪声航迹及其仿真研究

噪声是民机型号适航合格取证的一项重要指标,噪声航迹是噪声合格审定的重要环节。本文讨论大型客机噪声合格审定基准噪声航迹及其计算。首先明确当前噪声航迹的定义,接着提出一种满足当前适航条例的民用运输机噪声航迹计算模型,最后给出算例分析,并指出未来研究的方向。     

Aircraft trajectories considering radar range constraints

The problem of finding an optimal aircraft trajectory subject to constraints defining distance of detection to hostile radar stations is considered. The purpose is to find a trajectory minimizing the flight time between two given positions without hostile radar detection. The flight path is represented using a smooth curve in the form of a spline approximation. The spline representation is used to derive the heading- and bank angles of the aircraft. The position of the aircraft together with the bank- and heading angles are used for calculations of the radar detection range. Furthermore, an example in three dimensions when a Saab 105 approaches a radar station in level flight is investigated.     

飞机总能量控制系统的研究Ⅰ——原理分析与系统设计

飞机总能量控制是一种全新的综合飞行/推力控制技术,从控制飞机总能量的变化与分配出发,全面解决纵向飞行轨迹控制与速度控制之间的耦合问题;进而建立起一体化的综合飞行控制系统。用多变量系统解耦控制理论研究了这种控制系统,首先分析了总能量控制的基本思想,建立起包含飞机纵向姿态控制回路和发动机推力控制回路的飞机质点能量运动模型,然后利用输出反馈和V规范型前馈解耦策略,对此系统进行解耦分析,设计出能实现飞行轨迹与速度间解耦控制的总能量控制律,并确定出系统的设计条件;最后以波音(Boeing)707飞机为对象,进行了具体的系统设计。     

飞行管理系统下降路径构建及应用研究

在飞行管理系统下降设计中，通过下降路径的构建可为接近目的机场提供一个垂直轨迹，使飞机遵守终端区各种限制要求，从而精确控制下降路径，满足安全性要求。本文分析了下降路径的定义及其在典型机型中的构建方法，给出了下降路径的描述方法及实现途径，并对具体机型中的应用做了简要介绍。     

最佳过失速机动研究

 分航迹变向和机头指向目标两类问题对飞机过失速机动进行数值优化研究。结果表明,为获得大转弯率应在最大升力迎角区贴近角点速度飞行,因减速较快需用大油门。经典的转弯率图能够反映这类航迹机动的特点。而机头指向目标机动的前段仍是航迹变向问题,到适当位置后再利用超大迎角机动能力指向目标。飞行仿真表明,飞机具有过失速操纵力矩和良好的飞控系统时大部分最佳机动可顺利实施,但若有极低速度要求则仍可能超出操纵极限。     

突风对着陆飞机下滑飞行的安全性影响

突风会引起飞机过载和飞行状态的改变,威胁飞机飞行安全。在飞机六自由度运动学方程的基础上,根据下滑飞行中驾驶员操纵行为的特点建立了飞机驾驶员的数学模型,并考虑突风的影响,建立了“驾驶员-飞机-突风”闭环飞机的数学仿真模型。通过引入飞机飞行安全性的量化评估理论以及表征方法,并根据飞机的飞行状态对飞机的安全性进行量化分析。选取某型飞机着陆下滑过程中进入突风风场的飞行状态进行仿真研究,结果表明风会改变飞机的气动角和空速,导致飞机的过载及飞行轨迹发生变化,尤其在飞机飞行高度较低时,风扰引起的大 但目前的研究主要集中在以阵风减缓设计为目的的 迎角姿态和飞机飞行轨迹变化将威胁飞机的飞行安全。     

一种基于飞机总能量控制飞行速度/航迹的解耦控制系统设计新方法

在分析总能量控制理论的基础上,提出一种简单实用的飞机飞行速度/航迹解耦控制器设计方法,它以飞机能量控制和能量分配为内核,通过选择合适的误差反馈,采用工程上常用的试凑法,即可获得理想的解耦控制效果。以某型飞机为对象,以飞行速度/高度的解耦控制为例,验证了该方法的有效性。     

飞机总能量控制系统的研究Ⅱ─—非线性控制律综合与仿真

在已设计出的飞机总能量控制系统核心环节的基础上,研究了各种高度和速度控制模态下系统的构成和工作原理;研究了各种非线性安全保护功能在系统中的设置与实现;分析了极限推力状态下,飞机质点能量运动的特点;研究了对轨迹和速度的控制优先级的设置与实现技术;最后对此非线性多变量控制系统进行了综合与仿真,得到了满意的设计与仿真结果。     

基于FTCS软件的民用飞机试飞任务优化研究

民用飞机试飞任务优化对提高试飞任务执行效率、缩短试飞取证周期具有重要意义。基于民用飞机试飞规划与管理软件,对人机交互任务单编制、单个任务单优化以及多个任务单优化进行了研究,探索出一条民机试飞任务优化的有效方法。结果表明,FTCS软件可极大降低试飞工程师的工作量,并提高试飞任务单的编制质量。