无人机的发展及其气动设计

首先分析了新军事革命对空中对抗途径的影响,指出２１世纪初的空中力量将由有人机和无人机混合组成。接着分析了无人机的发展趋势,指出国外在发展无人侦察机和有人战斗机的基础上,正在发展无人战斗机。在介绍了无人侦察机的气动设计之后,重点讨论了无人战斗机的气动设计。为了要满足隐身、高升阻比和高机动性的要求,无人战斗机的布局方案大多是无尾方案,并采用推力矢量控制。对于无尾布局来说,在气动方面的最大挑战是寻找新的操纵机构。最后,对无人机的空气动力学课题提出了建议。     

基于非定常涡格法的扑动频率对机翼涡和尾涡推力的影响

随着对非定常涡格法(UVLM)和低雷诺数空气动力学研究的不断深入,扑翼无人机(UAV)的发展已成为航空航天领域的研究热点。虽然以往的研究大多是关于扑翼无人机的俯仰和扑动运动,但为了更准确地仿真,需要研究机翼涡和尾涡对飞行器推力的气动影响。将三维非定常涡格法应用于扑翼飞行器模型,研究了不同扑动频率下机翼涡和尾涡产生的瞬时推力。结果表明:平均推力随着扑动频率的增加而增大,机翼涡产生的推力远大于尾涡;机翼涡和尾涡的推力比随扑动频率的增加而增大。本研究有助于了解生物的飞行机理,改进仿生扑翼飞行器的设计。     

倾转三旋翼无人机倾转定高控制研究

针对倾转旋翼无人机在倾转过程中的高度控制问题,提出一种基于灰狼优化的神经网络自适应控制方法,用于一种倾转三旋翼无人机倾转过程的飞行控制.首先,建立了无人机的非线性数字仿真模型;其次,基于神经网络自适应控制方法分别设计了无人机的高度控制器和姿态控制器,并用灰狼优化算法对神经网络的参数和控制器的参数寻优;再次,设计了倾转过...     

变极距直线感应电机控制系统建模仿真分析

由于物体弹射过程极短，传统型直线电机通过变频控制推力输出，需高性能逆变器配合，变极距长初级短次级双边直线感应电机不同弹射位置的电机极距不相等，可以保持供电电源电流频率恒定情况下，产生恒定电磁推力输出，简化直线电机控制方式，更高效地完成弹射指标任务。设计极距变化型长初级直线感应电机，完成待加速物体弹射任务，计算机建模分析恒频电流供电时的控制方式。推导在q-d-0坐标系下的电机电压、电流和磁链方程，搭建电机数学仿真模型。利用Simulink构建仿真分析模型，在不考虑外界因素的影响下，完成由变极距直线感应电机提供电磁推力的控制分析。变极距直线感应电机采用恒定电压、恒定频率电源供电，控制方式较传统电机更为简易，更有利于控制短时间弹射任务。     

小型活塞式无人机发动机测试系统

活塞发动机是无人机的动力装置,发动机性能参数的地面测试对无人机设计有着重要意义.本文基于活塞发动机的工作原理、电测量原理和单片机原理,采用模块化设计思想,利用传感器和单片机等设备,成功设计开发了小型活塞式无人机发动机的参数测量系统.该系统可以实现小型活塞发动机的转速、推力和扭矩三个参数的测试.实践证明,系统性能稳定可靠,操作简便,可扩展性强,很好地满足了小型活塞式无人机发动机驱动系统性能测试要求.     

高适应性低成本大型无人机导航与控制系统

设计的数字式导航与控制系统沿着高适应性低成本方向,综合考虑了大型高亚声速无人机可靠性和经济性,采用了起飞发射段控制律优化设计、高低空自适应变参技术和高性价比的组合导航策略.在保证飞行品质和降低系统成本的同时,扩宽了大型无人机的使用空域和地域范围.经过仿真试验和实际飞行验证,该系统控制飞机姿态稳定,定高效果好,飞行航迹与规划航路误差很小,系统的各项功能均得到实现,适应了"一个系统,多种平台"、"一种平台,多种用途"的大型无人机发展需要.     

变体无人机栖落机动建模与轨迹优化

对一类变体固定翼无人机栖落机动的纵向运动进行了建模与轨迹优化研究。针对栖落机动后段飞行速度低及迎角大带来的舵面气动效率下降的问题,研制了一种可改变主翼位置的变体无人机。通过室内飞行实验,利用运动捕捉系统测量获得飞行数据。依据实验数据,结合平板气动理论建立了变体无人机的气动模型,并建立了变体无人机的纵向动力学模型。采用广义伪谱优化软件(General pseudo-spectral optimization software,GPOPS),对所建立的变体无人机模型进行栖落过程轨迹优化研究。优化结果表明,与普通固定翼无人机相比,变体部件能够显著提高无人机的姿态操纵效率,从而改善无人机栖落机动性能。     

无人机伞回收动力学分析

在建立无人机六自由度飞行力学模型和降落伞回收动力学模型的基础上,对无人机的整个回收过程进行仿真分析,并与飞行试验进行了比较。结果表明:本文所采用的方法较为准确地预测了整个减速伞工作阶段中的相关动力学特性。计算结果还包括了无人机与回收系统的相对运动过程,有效地预测了回收过程的危险情况,为无人机控制律和回收系统设计提供了重要参考。     

基于分布式模型预测控制的多无人机协同规避控制技术

建立了多无人机协同规避控制模型,并提出了一种基于纳什最优的分布式模型预测控制算法。仿真结果表明,基于纳什最优的分布式模型预测控制算法有效地实现了多架无人机对障碍物的规避,并且相对于集中式模型预测控制算法减少了求解过程中的计算量,缩短了优化控制的时间,改善了系统的实时性。     

超声速状态下航空发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制

为解决超声速状态下航空发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制的难题,基于改进卡尔曼滤波器,通过一种三维插值方法实现超声速状态包线范围内的发动机部件蜕化参数估计。而航空发动机性能恢复控制是在常规内环控制转速的基础上增加了外环控制回路,该回路主要包括推力估计模型与外环控制器两部分。基于最小二乘支持向量回归机设计了一种推力估计模型,其输入采用特征选择算法筛选推力估计模型的最优输入,相比于传统的不经选择的推力估计模型,精度有较大提高。设计了外环模糊PI（Proportional integral）控制器自适应调节内环转速指令来实现蜕化发动机性能恢复的目的。最后通过超声速状态下的数字仿真,验证了上述发动机部件蜕化参数估计与性能恢复控制方案的有效性。      

非线性逆在ASTOVL控制系统中的应用

研究了先进短距起飞垂直着陆飞机（ASTOVL）的飞行／推进控制系统的控制律，基于解和掌握气动舵面和推力矢量舵面控制下的飞机数学模型，应用非线性动态逆理论，为ASTOVL飞机从巡航到悬停阶段的飞行，设计了推力矢量控制器和俯仰控制器，以合理地分配飞机上的力和力矩，使得俯仰姿态速度和法向速度的控制在推进系统性能包括线范围内是近似线性和解耦的，最后以ASTOVL飞机悬停阶段的数字仿真曲线为例，证明了所设计的两个控制器是可行的，基本上达到了设计要求。     

发动机复合模型及其在飞/推综合优化控制中的应用(英文)

研究了飞/推综合控制系统的在线优化实时性问题。提出将机载发动机复合模型与序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)算法结合应用于飞/推综合优化控制的策略。首先,设计适用于全包线范围并可大幅度缩短优化时间的发动机稳态复合模型,然后基于SQP算法将该模型应用到发动机性能寻优控制中,包括最大推力和最小油耗优化模式,从而更加有效地完成各种不同的飞行任务。通过飞机巡航、平飞加速等仿真实验,表明了该优化控制方案能够在具有较好优化效果的前提下,明显提高飞/推综合控制系统的优化实时性。     

一种无人机姿态智能PID控制研究

姿态控制是无人机自主飞行控制的基础，其控制律设计结果对无人机飞行特性的影响至关重要。它决定了无人机是否能够满足自主飞行要求。为了解决在整个飞行包线中都能获得好的控制效果．本文引入了仿人智能比例，积分和单神经元控制等智能控制方法，设计出了一种用于无人机姿态控制的智能PID控制器。控制品质主要表现为响应快、精度高、超调量小，能进行稳定的大范围调适，鲁棒性强。仿真研究表明，这种控制器算法简单．易于实现，且比常规P1D控制器具有更强的鲁棒性和自适应能力。     

多旋翼无人机飞行控制自动调参技术

目前,多旋翼无人机控制器设计问题中存在着大量的依靠经验的调参工作。为了使调参简单而又可靠,本文基于控制器参数与控制系统性能响应存在的对应关系,提出了自动调参思想。在满足控制器各项性能指标的前提下,利用粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO)提炼出优化目标和约束条件。对被控对象进行建模并搭建非线性模型。然后,利用工程实践方法估算出参数范围,并利用粒子群快速优化特点自动寻找在约束条件下符合性能指标的控制器参数。最后,通过Matlab/Simulink对模型进行仿真验证。仿真结果分析表明,PSD可快速准确地对飞行控制进行自动调参。     

基于改进灰狼优化算法的涡扇发动机性能/喷流噪声综合优化控制研究

为保证整个飞行过程中满足噪声适航标准和飞行器的安全性,需要按照最严苛的噪声要求进行发动机设计,并留有很大的安全裕度,因而导致发动机的性能潜力未能得到发挥。本文对传统灰狼算法进行了改进,提出自适应概率变异策略,在优化过程中调整狩猎模式,提升了算法的全局搜索能力;基于该算法开展涡扇发动机性能/喷流噪声综合寻优控制研究,根据不同飞行需求对航空发动机性能进行优化,获得最佳控制量,在满足安全性和噪声指标的同时,提高发动机的性能。仿真结果表明,改进后的算法具有更好的全局寻优性能,最大推力模式下可提升推力13.45%,最小油耗模式可降低油耗3.19%,最低涡轮前温度模式可降低涡轮前温度2.07%。     

基于神经网络的机器人迭代学习控制

针对机器人动力学模型的不确定性和负载扰动,提出了一种采用神经网络的机器人迭代学习控制方法。该方法将反馈控制和神经网络学习控制相结合,反馈控制沿时间轴方向使关节运动跟踪期望轨迹,神经网络学习控制沿迭代轴方向使关节运动逼近期望轨迹。文中还给出了基于ＢＰ神经网络的学习控制算法。仿真结果表明,该方法能克服机器人动力学模型的不确定性和负载扰动,具有良好的鲁棒性和控制性能。     

基于特征模型的某型无人机智能PID控制器

无人机的飞行特性在很大程度上取决于其飞行控制律。本文以无人机的姿态控制回路为研究对象,分析了表征该无人机姿态控制特性的特征状态信息。利用特征建模的方法,设计一种基于控制对象特征模型的无人机姿态回路仿人智能P ID控制器,并进行了仿真试验。结果表明,该控制器具有较好的抗干扰和自适应能力,结构简单,针对性强,易于实现。     

空间载荷机柜热控设计的仿真研究

空间站主动热控系统的作用是提供和保持航天员、仪器设备和结构部件所要求的温度、湿度和风速等热环境。本文以空间载荷机柜为热控系统的基本单元,建立了以单相流体循环回路为基础、采用液冷结合风冷的冷却方式的载荷机柜数学模型;介绍了模糊增量控制算法的工作原理;提出了采用模糊增量控制算法,以液冷支路进出口温差和风冷支路冷却量占总冷却量的比值为控制目标的反馈控制策略。同时文章采用数值模拟方法研究了控制系统的动态响应效果。仿真结果显示,模糊增量控制算法具有响应迅速、超调量小、无静态误差的特点,控制策略满足有效性、稳定性和高精确度的要求。     

无人直升机地面站系统组件化分布式设计与实现

无人直升机地面站开发是一个复杂的软件设计过程,提高其开发效率的关键在于有效地解决系统结构耦合和模块间实时通信问题。本文在CORBA事件服务机制和TAO实时通信服务品质的基础上,设计了用于Windows平台的事件提供者COM组件和事件消费者COM组件,实现了分布式无人直升机地面站系统组成组件对象间的解耦和实时数据通信。以事件提供者和消费者COM组件为分布式通信基础,以COM组件模型为实现手段,地面站各功能模块得以快速建立和调试。最终,分布式无人直升机地面站系统通过组件包容得以集成,系统的修改和升级也较以往更方便,说明了本文提出的将COM和CORBA相结合的组件化设计模式在构造复杂分布式实时应用系统方面具有明显的优势。