仿生四足六旋翼无人机自适应着陆性能分析

旋翼无人机在民用和军用领域被广泛应用,但传统撬式起落架在复杂地形下难以起降,为了扩大旋翼无人机的降落面积和应用范围,设计一种仿人腿式两级缓冲自适应起落架。通过对仿生腿的正逆运动学分析,提出一种自适应起落架姿态调整策略;建立仿生四足六旋翼无人机着陆动力学模型,基于多体动力学软件sim?center 3D 开展了着陆动力学仿真,并与传统撬式起落架进行着陆性能对比研究。结果表明：着陆腿式的两级缓冲自适应起落架及其姿态调整策略,能够使滚转角减小95.69%,过载系数降低34.06%,两级缓冲自适应起落架在面对复杂地形时具备主动调节姿态安全着陆的地形适应能力和极好的减震缓冲能力。     

直升机腿式起落架机构动力学研究

多用途、智能化和强地形适应性是未来直升机发展的重要趋势。起落架是保障直升机起降安全的关键部件,由于传统起落架地形适应能力较差,针对直升机在复杂地形环境下如何实现平稳着陆的难题,利用仿生学设计理念设计一种腿式起落架系统。首先从腿式起落架设计需求出发,对起落架构型进行分析并完成腿部结构设计;然后基于设计的腿部机构,完成其运动学分析和动力学分析,建立相应模型,以此作为腿式起落架运动控制的基础。最后在实验室完成腿式起落架的运动测试,证明了结构设计的合理性和控制算法的准确性。     

不确定强耦合下四旋翼姿态鲁棒自适应控制

针对多源不确定强耦合下的四旋翼无人机姿态控制问题，首次设计了一种多层逼近自适应神经网络动态面控制算法。区别于以往的加性耦合不确定研究，考虑无人机飞行控制中的乘性耦合多源不确定估计与补偿问题。首先，构建不确定四旋翼无人机姿态动力学模型，并基于神经网络与傅里叶展开实现乘性耦合不确定的巧妙转换；其次，将自适应技术与反步法相结合，设计多层逼近自适应控制律；同时将动态面技术用于解决反步法中虚拟控制律求导问题。完整理论分析与仿真实验表明了所述控制策略的有效性。     

基于Leader-Follower的多无人机编队轨迹跟踪设计

针对四旋翼无人机（UAV）群在轨迹跟踪过程中易受外界干扰而引起跟踪误差的问题，设计了基于Leader-Follower的多无人机协同编队轨迹跟踪控制方法。在该系统中，首先通过积分反步法（IBS）对所建四旋翼飞行器模型设计Leader无人机的轨迹跟踪控制器。其次设计了滑模控制（SMC）器，以控制Leader与Follower无人机实现期望的编队队形并同时跟踪参考轨迹。然后通过数值仿真验证了算法的有效性，仿真结果表明，系统具有良好的控制精度。最后通过视觉定位系统进行实验，结果表明所设计的控制器能够实现多个无人机轨迹跟踪和编队控制，所设计的算法具有可行性。     

垂直起降固定翼无人机的翼尖垂尾设计分析

垂直起降固定翼无人机兼具固定翼飞机速度快、航程远和多旋翼无人机垂直起降、可悬停作业的优点,研究其翼尖垂尾对整机气动特性的影响具有重要意义。垂直起降固定翼无人机采用翼尖下垂尾的设计可以在充当垂尾使用的同时兼具翼尖小翼和起落架的作用。对比下垂尾、上垂尾、翼梢端板和常规布局四种翼尖设计,采用LBM-LES算法、壁面自适应局部涡粘大涡模拟湍流模型对四种设计的气动特性进行仿真模拟分析。结果表明:翼尖下垂尾在平飞状态时比其他三种设计气动效率更高,在垂直起降或悬停状态时,抗侧风稳定性更好。     

基于LADRC的四旋翼无人机自适应姿态跟踪控制

针对四旋翼无人机受到外界干扰会导致系统参数的改变,从而影响控制性能的问题,提出了一种基于LADRC自适应姿态控制方法。首先,根据四旋翼无人机的姿态模型,建立了基于LADRC的四旋翼无人机姿态解耦控制结构;然后,引入干扰观测器估计补偿系统总扰动,实时在线辨识转动惯量值;考虑到控制量饱和的问题,设计模糊推理规则以提高控制性能。仿真结果表明,加入了自适应环节的LADRC控制器能够实现对干扰的准确估计,尤其在小角度飞行时表现出了较强的跟踪精度及响应速度。     

垂直着陆中直升机旋翼动力学行为研究

提出了直升机垂直着陆撞击激起旋翼扰动的动力学模型,为预估粗暴着陆时起落架载荷和旋翼液压阻尼器轴向速度幅值给出了一种数值模拟方法。以弹性轴承旋翼直升机为例,对垂直着陆时直升机机体、起落架、旋翼桨叶及阻尼器的动力响应进行了数值模拟,分析了着陆撞击引起机体和旋翼扰动的力学机理,可知在起落架触地后的第1个振荡周期中,各片桨叶将经历其不同的摆振幅值,并激起旋翼摆振后退型响应。着陆撞击引起桨叶的大扰动,将冲开阻尼器的定压安全活门,严重降低其等效阻尼。随机着陆时,起落架触地速度及过载系数、旋翼挥舞及摆振幅度和阻尼器速度峰值等动态参数由于着陆时机体的姿态角及角速度不同呈现很大的分散性,其分散性与着陆高度有关。     

滑撬式起落架动力学设计与仿真

针对某型号飞机滑撬式起落架设计要求,提出了滑撬式起落架动力学设计的一般思路。论文首先根据该型飞机总体性能参数指标要求选择了起落架及其缓冲器的基本形式,并进行了初步设计;随后,建立了该型飞机着陆分析有限元模型,开展了该型飞机着陆冲击非线性动力学仿真;针对各种不同的典型着陆情况进行仿真,根据分析结果对结构设计进行调整,并进行强度校核;在多轮设计调整后,仿真结果显示所设计的起落架满足着陆回收总体性能指标要求,最终确定了起落架结构详细尺寸。     

基于多传感器融合的无人机应急着陆功能研究

无人机作为一种新型飞行器,在城市空中交通领域得到了飞速的突破和发展。电动垂直起降（eVTOL）无人机因具有低碳环保、运行成本低等优势成为当下研究的热点。为了保证飞行器的运行安全性和可靠性,本文针对无人机在应急特殊情况下的着陆功能进行研究,针对不同飞行高度场景并结合传感器性能要求对可着陆区域进行识别筛选,基于相机与激光雷达多传感器数据融合,提出了一种无人机在城市未知环境中的应急着陆方法,同时进行城市应用场景仿真环境的测试,初步实现无人机在城市未知场景下获取着陆位置,为保证无人机在未知场景下的着陆安全性提供方向。     

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。     

复杂环境下多无人机轨迹姿态协同控制

考虑多无人机在实际飞行过程中的避障需求，在建立面向控制的四旋翼无人机轨迹姿态模型基础上，为克服传统多无人机为每架无人机规划轨迹的不足，研究了基于多无人机中心点的轨迹设计策略。进一步，考虑避障约束，基于半定规划进行迭代区域扩张完成了多无人机的安全飞行区域及队形设计。在此基础上，基于干扰补偿策略为每架无人机设计了协同控制器，最终确保了多无人机在多障碍环境下的安全飞行。     

多因素影响下的四旋翼无人机安全间隔模型

随着自动化技术和电力推进技术的迅猛发展,无人机在低空空域进行高规模运行成为可能。由于低空环境及四旋翼无人机机动的特殊性,低空交通管理技术亟需有效的风险管控。从风、降雨及定位误差三个因素角度出发,提出了一种基于PID控制的多因素条件下四旋翼无人机飞行碰撞。建立基于GPS位置误差的四旋翼无人机位置偏移概率模型,通过给定的等...     

基于仿生的适于特殊地形的直升机起落架设计

现阶段直升机起落架主要采用轮式起落架和滑撬式起落架,由于机动性和灵活性较差,导致直升机起降时对地面的平整度及坡角要求较高,在遇到某些特殊地形如乱石滩、斜坡坡度较大地带可能面临无法正常起降这一困难。本文受某些仿生无人机起落架设计启发,提出了一种新型直升机起落架的设计方法,此种起落架采用三立柱支撑结构,主体是三个位于机身底部的液压伸缩支撑杆,在直升机降落时杆端的传感器与主控配合来动态控制支撑杆的伸缩长度。此种起落架通过控制每根液压杆伸缩不同的长度来适应不同环境下的崎岖地形,使直升机在乱石滩及大坡度地面起降成为可能。经过设计举例及受力分析,得出本设计方法在工程上是可以实现的,并且在直升机抗震性能的提升方面也有一定作用。     

基于扩张状态观测器的四旋翼无人机姿态受限控制

针对在参数不确定性和外部干扰影响下的四旋翼无人机姿态受限控制问题,设计了一种基于扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)的四旋翼无人机姿态受限控制方法。首先,基于四旋翼无人机姿态运动模型构造ESO对集中扰动进行在线估计;其次,结合障碍Lyapunov函数设计反步控制器,以克服无人机姿态受限问题;另外,还对所提出的控制策略进行了稳定性分析。最后,通过对比仿真试验验证了该控制方法的有效性和优越性。     

一种自适应双腔缓冲器动力特性研究

建立了一种基于弹簧自适应控制油孔面积的双气腔双油腔缓冲器动力学模型和分析方法，同时也建立了一种三维摇臂式起落架着陆动力学模型。对某飞机起落架着陆缓冲性能进行了计算分析，并进行了落震试验验证，结果证明了建立的动力学模型和分析方法是正确的，并已成功地应用于工程。     

Z11直升机自转着陆试飞

通过对Z11直升机自转特性及自转着陆的试飞，研究了在自转着陆的进场着陆阶段，如何使旋翼能够提供最大的拉力，减小下降率，使直升机以低于起落架设计允许的最大下降率进行自转着陆，从而保证直 同和驾驶员的安全。最后分析探讨了Z11直升机空中停车后处置的驾驶技术及操纵要领。可供有关研究人员和直升机飞行员参考。     

多支柱起落架着陆载荷仿真分析

应用LMS_MOTION软件对伊尔-76飞机5支柱起落架进行结构建模，结合伊尔-76飞机测绘数据及相关资料，定义出较为精确的缓冲器模型，在考虑飞机升力下，计算出各种重心和着陆姿态下起落架的着陆载荷以及不同缓冲器充填情况对各支柱载荷的影响。通过对计算结果进行整理和分析，总结出多支柱起落架着陆载荷的特点和规律。     

基于视觉引导着陆的微小型四旋翼设计及实现

为了增强四旋翼的自主性,借用视觉导航方法要求在GPS丢失信号或信号精度不高的情况下进行辅助定位,使得四旋翼能够在某些特殊需求场合自动着陆。针对Harris角点检测算法计算量大的问题,设计了一种快速、准确的标志图像识别算法,将一个区域内的所有角点转换成一个单值角点,替代了Harris算法中的局部非极大值抑制算法,减小了计算量,并进一步设计了视觉模式下的姿态与位置转换算法和视觉着陆控制算法。为了验证所设计算法的可行性和有效性,基于STM32单片机搭建了微型四旋翼实验平台系统,并实时在线进行了性能实验,结果表明,标志图像识别算法能正确检测和识别出标志图像,视觉着陆算法也成功实现了四旋翼实验平台的着陆功能。     

基于高增益观测器的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

为了实现四旋翼无人机对给定姿态的快速跟踪,基于Terminal滑模控制方法设计了一种四旋翼无人机的姿态控制器,在设计滑模面时引入非线性函数来保证跟踪误差在有限时间内收敛。考虑在线速度未知的情况下,通过设计高增益观测器来对无人机速度进行观测,并利用所观测的信号设计位置控制器。最后利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明,四旋翼无人机在线速度不可测的情况下,仍可进行轨迹跟踪控制。     

旋转机翼无人机纵向自适应滑模控制研究

针对旋转机翼无人机过渡前飞过程中,旋翼的下洗流对平尾干扰非常强的问题,提出了一种自适应滑模控制方法。首先,建立了旋转机翼无人机的纵向线性飞行动力学模型,并考虑了多输入的控制分配与俯仰干扰力矩;然后,构造了旋转机翼无人机的期望滑动面,将自适应控制与滑模控制相结合,设计了旋转机翼飞行器过渡前飞段的自适应滑模控制器;最后,进行了仿真验证。仿真结果表明,设计的控制器能较好地抑制非线性气动干扰对无人机的影响。所得结果对旋转机翼飞行器的工程发展具备一定的参考价值。