一种通用型无人机飞行控制与导航系统

介绍一种通用型智能化无人机的飞行控制与导航系统的设计,阐述了系统组成、飞行控制功能、飞行管理功能和导航功能的实现,以及利用Tornado集成开发环境设计的软件系统。该飞行控制与管理系统,采用数字计算机作为核心控制部件,配以GPS导航系统、各种机载传感器、垂直陀螺和舵机等构成。具有手动遥控飞行、程控飞行和远距遥控加载数据三种飞行模式。手动飞行采用独创的开关指令式控制,可减轻操纵员的工作强度,提高飞行的可靠性、安全性。整个系统体积小、重量轻、可移植性高,适用于各种中小型无人机。该系统已用在某型无人机上,经过试飞验证,性能良好,可靠性强。     

无人机飞行控制与管理

从无人机工程研制的角度出发,介绍了工程中常用的无人机飞行控制与管理系统的组成、结构、功能与外部接口;分析了系统功能设计时在飞行控制、飞行任务管理与规划、机载设备故障判断与处理、遥控遥测管理以及任务设备管理等方面应考虑的主要问题;从系统控制权限逐步增大的角度论述了无人机典型的遥控控制、人工干预自动控制以及自主控制等控制方式的特点、适用情形和发展前景;讨论了系统研制过程中的控制律设计、控制与管理策略设计、软件开发和高逼真仿真试验等主要关键技术;最后,归纳了区别于有人机系统的显著特点以及通用化、综合化、智能化和网络化的发展趋势。     

无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试技术研究

无人机飞行控制与管理系统担负着飞行控制、飞行管理、任务设备管理和火力控制等重要使命,在无人机系统研制中至关重要。根据对无人机飞行控制与管理系统组成与功能分析,介绍了基于仿真测试仪的控制与管理计算机动态仿真与测试方法,重点阐述了故障注入与测试方法;进而提出了飞行控制与管理系统动态仿真测试环境的构建原则和动态测试方法,最后指出了无人机飞行控制与管理系统动态仿真测试的后续发展趋势。     

一种自主飞行的小型无人机系统设计

介绍了小型无人机系统的总体结构,分析了无人机的结构设计和算法,阐述了弹射起飞系统和伞降着陆系统的设计原理,采用嵌入式系统和GPS设计无人机的飞行姿态控制、导航控制、任务控制系统和数据链,实现了空中机器人的自主飞行。     

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.     

简化模型下的舰载无人机着陆控制律设计与仿真

讨论一种结合升降速率和推力控制的舰载无人机着舰的方法。结合国内某型无人机,首先介绍了舰载无人机的自动着舰系统,并分析和设计基于俯仰姿态的升降速率控制系统的控制律;然后进行母舰的数学模型简化;再次进行了推力控制系统的分析与控制律设计;最后在考虑飞行控制系统和发动机推力控制系统的条件下,对控制律进行设计与仿真,并提供仿真结果。     

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。     

基于非线性PID控制的无人机飞控系统优化设计

针对固定翼无人机的飞行控制律设计问题,提出了一种基于非线性PID控制原理的控制器。该控制器的比例、积分、微分增益是控制误差的非线性函数。确定该组函数的参数主要根据最优控制理论选择性能指标,采用遗传算法寻优。在此基础上,实现对无人机飞行控制律的优化设计。仿真结果表明,使用该控制器设计的无人机飞行控制回路比用常规PID控制器表现出很大的优越性。     

基于极值搜索的四旋翼无人机自抗扰控制

为了提高四旋翼无人机飞行过程中的抗干扰能力,提出了基于极值搜索算法的自抗扰控制技术。首先,建立了四旋翼无人机非线性数学模型;然后,设计了基于极值搜索的自抗扰控制器,对无人机的位置和姿态进行控制;同时,设计扩张状态观测器估计系统内部及外部总扰动,对系统扰动进行补偿。仿真结果表明,所提方法不仅能抑制外界干扰,而且能显著改善飞行控制系统的瞬态性能和稳态性能。     

基于辨识模型的无人机鲁棒飞行控制方法

提出了一种基于系统辨识获取飞行动力学模型并进行鲁棒飞行控制律综合设计的方法。首先利用混合遗传粒子群优化算法,从真实试飞数据中辨识建立无人机动力学模型,然后基于随机鲁棒原理的设计方法和辨识模型,设计了无人机鲁棒飞行控制律。飞行试验验证表明,在无气动数据情况下所设计出的高性能鲁棒飞行控制律满足了无人机飞控研制的需求。     

Trajectory optimization of aerial slung load release for piloted helicopters

This study aims to provide the pilot with optimal control time histories for stabilization of a helicopter after releasing the slung load in aerial delivery missions. A model with 21 degrees of freedom (21-DOF) has been developed and validated for a helicopter slung load system. The control history is generated with detailed procedure based on trajectory optimization. Effects of the objective function formulation on the results are discussed and rules are obtained to assist in the objective function determination. We conclude that the pilot should first decrease and then increase the collective control and adjust the longitudinal control to stabilize the helicopter after the in-hover slung load release. The obtained control history is reasonable and helpful for safety and efficiency improvement. Effects of path constraints and the Flight Control System (FCS) are studied. More stringent path constraints will lead to longer time spent and more controls. Stronger stiffness and weaker damping from the FCS will cause milder control histories but sharper on-axis state histories.     

A quantum inspired genetic algorithm for multimodal optimization of wind disturbance alleviation flight control system

This paper develops a Quantum-inspired Genetic Algorithm (QGA) to find the sets of optimal parameters for the wind disturbance alleviation Flight Control System (FCS). To search the problem domain more evenly and uniformly, the lattice rule based stratification method is used to create new chromosomes. The chromosomes are coded and updated according to quantum-inspired strategies. A niching method is used to ensure every chromosome can converge to its corresponding local minimum in the optimization process. A parallel archive system is adopted to monitor the chromosomes on-line and save all potential feasible solutions in the optimization process. An adaptive search strategy is used to gradually adjust the search domain of each niche to finally approach the local minima. The solutions found by the QGA are compared with some other Multimodal Optimization (MO) algorithms and are tested on the FCS of the Boeing 747 to demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

A CFD-based numerical virtual flight simulator and its application in control law design of a maneuverable missile model

A CFD-based Numerical Virtual Flight (NVF) simulator is presented, which integrates an unsteady flow solver on moving hybrid grids, a Rigid-Body Dynamics (RBD) solver and a module of the Flight Control System (FCS). A technique of dynamic hybrid grids is developed to control the active control surfaces with body morphing, with a technique of parallel unstructured dynamic overlapping grids generating proper moving grids over the deflecting control surfaces (e.g. the afterbody rudders of a missile). For the flow/kinematic coupled problems, the 6 Degree-Of-Freedom (DOF) equations are solved by an explicit or implicit method coupled with the URANS CFD solver. The module of the control law is explicitly coupled into the NVF simulator and then improved by the simulation of the pitching maneuver process of a maneuverable missile model. A nonlinear dynamic inversion method is then implemented to design the control law for the pitching process of the maneuverable missile model. Simulations and analysis of the pitching maneuver process are carried out by the NVF simulator to improve the flight control law. Higher control response performance is obtained by adjusting the gain factors and adding an integrator into the control loop.     

K8飞机自由飞模型放宽静稳定度研究

介绍对一架带有纵向数字飞控系统的Ｋ８飞机自由飞模型进行的放宽静稳定度的试验研究，获取利用模型进行此种试验的可行性和实施方法，模型采用了四种重心构型；正常重心，中立重心，后移２％ｂＡ和后移４％ｂａ。模型上加装了控制增稳装置，进行了控制律设计，取得较为满意的试验结果，地面仿真试验结果与飞行试验也是基本一致的，试验达到预期的目的。     

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。     

推进系统综合性能寻优控制研究

研究了包括进气道和发动机在内的推进系统综合控制。采用了序列线性规划方法进行系统寻优,利用推进系统矩阵进行多次线性规划来求解非线性优化问题。利用当前的实际机载计算机完成了硬件在回路仿真试验,仿真表明研究的性能寻优控制方法能够较大幅度的提高推进系统整体性能,控制软件完全满足实时计算要求。     

飞行模拟器电动操纵负荷系统多余力抑制研究

飞行模拟器操纵负荷系统是一种被动式力伺服系统,其多余力的抑制是提高操纵负荷系统力跟踪精度的关键。以研制的飞行模拟器电动操纵负荷系统原理样机为平台,对系统的工作原理和结构进行介绍,通过系统建模,在MATLAB/SIMULINK中仿真,对经典的前馈补偿和PID复合控制方法的多余力抑制效果进行仿真分析,并在原理样机上进行试验测试。试验结果验证了复合控制策略有效地抑制了多余力,提高了系统的跟踪精度。     

XV-15倾转旋翼飞机飞行控制系统概述

XV-15倾转旋翼飞机兼有直升机垂直起降、空中悬停及固定翼飞机高速巡航的优点，因而在军用和民用飞机中有着广泛的应用前景。XV-15的机体结构和普通飞机一样，但在翼尖安装可以倾转的发动机短舱和旋翼。该飞机控制系统结合旋翼控制和固定翼控制，通过自动控制系统和推力管理系统来辅助飞行员对飞机的控制。主要介绍了主飞行控制系统和辅助控制系统的控制特点。     

光传飞行控制系统余度技术研究

在简要介绍光传飞行控制系统及其余度技术的基础上，针对光传飞控系统的特点，从余度系统的结构，余度系统的可靠性，余度数目及余度系统的监控技术等方面提出了光传飞控系统的余度设计原则，并给出了光传飞控系统余度技术的软硬件总体结构。初步研究表明，光传飞行控制系统具有普通电传飞控系统无可比拟的优点，本文所提出的技术方案是进一步研究光传飞行控制系统余度技术的基础。     

高级语言在数字飞行控制系统中的应用

为跟踪90年代由高级语言开发飞控实时软件的总趋势,本文综述了高级语言在飞控中应用前景;归纳了编译器效率指标、编译器与目标计算机、软件生产率等问题。还简要地以C语言开发某直升机数字飞行控制系统为例,对高级语言开发实时飞控软件作了初步探讨,叙述了方法步骤,仿真验证手段及其结论。