面向航空智能制造的DT与AI融合应用

针对航空装备复杂制造场景下制造过程管控维度多尺度大、制造资源组成复杂性高、质量问题跟踪定位难度大等问题，结合数字孪生（DT）与人工智能（AI）技术特点，开展了面向航空智能制造的DT与AI融合应用研究。基于数字孪生与人工智能应用现状，系统性地阐述了数字孪生与人工智能融合机理，分析了支撑数字孪生与人工智能融合驱动航空智能制造的关键技术和数字孪生与人工智能融合驱动的AI控制中心构建涉及的关键问题，在此基础上重点讨论了加工制造过程自适应控制、智能车间生产过程智能管控、制造过程资源调度与优化决策、产品智能质量控制等应用场景，为数字孪生与人工智能在航空智能制造融合应用提供参考。     

人工智能飞行通信员系统方案设计

安全高效的陆空通信是提高飞行安全的重要手段,利用人工智能技术代替飞行机组功能需要综合评 估新系统的功能、性能及系统安全性等因素。针对人工智能飞行员系统的操作过程和机载系统的互操作接口开展设计,给出人工智能飞行通信员系统的工作原理和系统架构,以及硬件实现方案和部分飞行员操作界面,,总结人工智能技术替代飞行通讯员功能的优点。从系统安全性和通信性能两方面分析表明：人工智能飞行通 信员系统的方案可行且性能优于原人工陆空通话系统。     

Hybrid connectionist systems in research and teaching

There is a tremendous world-wide interest in the development of the theory and application of artificial intelligence (AI) and related techniques both in tertiary institutions and in industry. This paper presents a brief survey of overseas AI teaching programs together with a review of the teaching program in the University of South Australia. In addition, post-graduate projects undertaken by the Knowledge-Engineering Systems Group (KES), and sponsored by the Defence, Science and Technology Organisation (DSTO), are discussed. These involve expert systems, neural networks, fuzzy logic and genetic algorithms. It is shown by using a classical exclusive-OR problem that it is useful to use hybrid techniques which offer fast convergence in optimization problems. Although much of this work is still at an early stage, sufficient progress has been made to demonstrate the merit of using AI and related techniques to help create solutions to these problems     

基于Simulink的无人机自主飞行全程仿真研究

研究在Simulink下进行无人机自主飞行全程仿真的方案,用Aerospace模块建立无人机的非线性数学模型,以Simulink的使能模块构造内回路控制律,Stateflow实现外回路的制导、导航模块,并使用仪表模块和虚拟现实模块实现实时监控,可以搭建出完全基于Simulink的模型,能够实现控制律和控制策略的仿真验证。无人机的多模态仿真结果说明Matlab/Simulink下实现飞行控制全程仿真的有效性。     

Full mode flight dynamics modelling and control of stopped-rotor UAV

The Stopped-Rotor(SR) UAV combines the advantages of vertical take-off and landing of helicopter and high-speed cruise of fixed-wing aircraft. At the same time, it also has a unique aerodynamic layout, which leads to great differences in the control and aerodynamic characteristics of various flight modes, and brings great challenges to the flight dynamics modelling and control in full-mode flight. In this paper, the flight dynamics modelling and control method of SR UAV in full-mode flight is st...     

基于大系统理论的无人机系统设计与分析

在介绍了大系统理论及无人机系统一般特点的基础上,给出了一个民用无人机系统的结构设计方案,详细叙述了该方案的逻辑结构、系统控制模式.分析表明,大系统理论对无人机系统设计有很好的指导意义.     

无人机编队飞行技术的研究现状与展望

无人机编队飞行是无人机及其应用技术发展研究的新热点.在分析无人机编队飞行特点的基础上,阐述了无人机编队飞行原理与方法的研究现状,并展望了其今后的主要应用前景.     

无人机综合飞行/推力矢量控制

以某无人机为背景,主要研究大机动时带推力矢量的综合飞行/推进控制系统的设计方法。应用非线性动态逆方法,根据无人机本身具有明显不同时间尺度差异的动力学特性,结合奇异摄动理论将控制变量按照响应快慢分为4个回路进行了控制器的设计与仿真;设计推力矢量控制和气动控制相结合的控制器,实现飞行和推力矢量的控制综合;将无人机的任务转化为对飞行控制的限制条件,对所设计的控制系统进行了数字仿真,结果表明所设计的控制器能够满足飞机做大机动时的控制要求。     

民用飞机智能飞行技术综述

人工智能已成为民用飞机技术创新发展与竞争的新赛道。在面向民用飞机全生命周期的多种人工智能融合应用中,智能飞行致力于改变传统飞行驾驶模式,重构未来飞行的人机交互模式与空中交通管理架构,成为行业特征最为显著、最具备颠覆性变革的方向,是民用飞机智能化竞争的新焦点。阐述了智能飞行理念,规划辅助智能、增强智能、完全智能三阶段实施路线,以25部、23部、轻型运动类飞机为对象,制定智能飞行推进路线,构建技术体系,提炼影响智能飞行在应用落地过程中需要解决的可信适航与人为因素两项关键应用基础技术,分享对于智能飞行的思考。     

基于单片机的通用型无人机飞行控制系统研究

提出了基于单片机的通用型无人机飞行控制系统的设计方法;归纳出通用型飞行控制系统在角速度、线加速度、大气压强、GPS信息等飞行数据采集方面的特点;在无人机的高度控制、速度控制和航向控制方面设计了舵机的控制方案,详细论述了控制信号输出;研究了计算机的控制程序,为下一步的基于单片机的半实物系统仿真奠定了基础.     

基于DDPG算法的无人机集群追击任务

无人机的集群化应用技术是近年来的研究热点，随着无人机自主智能的不断提高，无人机集群技术必将成为未来无人机发展的主要趋势之一。针对无人机集群协同执行对敌方来袭目标的追击任务，构建了典型的任务场景，基于深度确定性策略梯度网络（DDPG）算法，设计了一种引导型回报函数有效解决了深度强化学习在长周期任务下的稀疏回报问题，通过引入基于滑动平均值的软更新策略减少了DDPG算法中Eval网络和Target网络在训练过程中的参数震荡，提高了算法的训练效率。仿真结果表明，训练完成后的无人机集群能够较好地执行对敌方来袭目标的追击任务，任务成功率达到95%。可以说无人机集群技术作为一种全新概念的作战模式在军事领域具有潜在的应用价值，人工智能算法在无人机集群的自主决策智能化发展方向上具有一定的应用前景。     

无人机防相撞空中威胁态势的探测与告警研究

空中威胁态势探测与告警是无人机飞行防相撞预警的关键。为此,提出一种基于航迹预测的无人机防相撞空中威胁态势探测与告警方法。在该方法中,先采用滑动窗多项式拟合法对入侵机航迹进行动态预测,然后,在航迹预测基础上,利用无人机与入侵机飞行信息,建立针对入侵机的无人机动态避撞区,最后,结合静态保护区原理,对特定飞行场景下的无人机飞行冲突趋势、空中危险接近趋势和飞行碰撞趋势的探测与告警。仿真实例验证了所提出方法的有效性,也验证了其用于无人机飞行防相撞预警的可行性。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

短距起飞垂直着陆推力矢量无人飞行器减速过渡控制律设计

为实现短距起飞垂直着陆(STOVL)无人飞行器在推力矢量控制下的减速过渡,研究减速过渡阶段的控制律综合设计方法.首先通过分析STOVL无人飞行器减速过渡性能,对减速过渡推力矢量控制方案进行了评估;然后采用隐式动态逆方法设计导引律,为STOVL无人飞行器按预设任务减速过渡提供可达的控制指令;最后采用改进的特征结构配置方法进行内环控制律设计,跟踪导引指令并保持姿态稳定,伴随动压降低加入姿态喷管控制,辅助气动舵面稳定姿态.由全量六自由度飞行仿真结果表明:当减速过渡速度低于最小平飞速度以后,STOVL无人飞行器依然保持良好的航迹跟踪和姿态稳定.该方法完全采用直接配置法,有利于随控布局总体方案的快速评估.      

面向智能空战的它机协同试飞验证方法

为验证无人机自主协同算法在空战环境下的适用性,提出了一种高等效的它机协同试飞验证方法。根据算法功能实现的需求,以成熟的民用固定翼无人机平台为基础进行改装,搭建它机试飞平台,对真实空战环境开展模拟和等效设计。以四机协同编队算法为例,在试飞平台上移植算法程序,开展相关科目试飞验证。当需要验证不同控制算法时,无需针对它机试飞平台开发控制策略,只需修改控制算法即可。试验结果表明：编队综合误差较小,算法能够实现无人机编队的稳定控制;同时,它机协同试飞验证方法因其迭代速度快、安全稳定性高、成本低等特点,可用作中间阶段算法的前置试飞手段,为算法的开发迭代提供有效验证。     

基于逆控制和模糊逻辑的直升机飞控系统设计

提出了一种基于模型的逆控制技术与基于规则的模糊控制技术相结合的直升机飞控系统设计方法，以解决当直升机数学模型不确定时飞控系统的设计问题，并设计了相应的逆控制器及模糊控制器。仿真结果表明，所设计的飞控系统具有良好的动态响应、较强的鲁棒性及满意的解耦效果，在直升机飞行控制系统的设计中有一定应用价值。     

航空人工智能概念与应用发展综述

针对航空人工智能发展的迫切需要,对人工智能定义、智能等级划分两个基本问题进行讨论,指出人工智能近期难以存在公认定义,需辩证看待人工智能航空应用的不确定性和确定性,对执行特定任务的智能系统进行智能等级划分因不符合当前主流认知规律而没有必要。从总体历史沿革、机载导弹、机载系统及可信等角度阐述航空人工智能应用的发展特点和态势,突出了可信航空人工智能研究作为行业应用前提性条件的重要性。     

基于改进RRT算法的无人机航路规划与跟踪方法研究

为了使航路规划算法在三维动态环境下能够快速规划出较优可行航路,基于快速扩展随机树算法(RRT),对规划航路点进行了无人机飞行动力学约束,并且设计了局部航路动态优化策略。针对传统的航路跟踪控制律跟踪较为曲折的航线时跟踪误差较大的问题,通过将规划算法得出的姿态指令引入姿态控制回路的方式,提高了航路跟踪控制算法的快速性与准确性。在此基础上,搭建了无人机验证平台,利用该验证平台完成了无人机自主避障飞行试验,对算法的有效性进行了验证,并对算法性能进行了评估。     

无人机航迹跟踪抗侧风制导算法

无人机作为航空飞行器的一种,具有诸多应用价值,精确的航迹跟踪是其完成飞行任务的必要条件。在无人机飞行控制系统的制导外回路,实现一种具有抗风性能的横向非线性制导算法(NLG),基于航迹参考点实时测算无人机侧向加速度,并根据无人机力学方程得到滚转角指令,实现无人机的航迹跟踪。该制导算法只需确定合适的距离参数L,即可实现较为精确地制导,加入反馈环节以得到改进的闭环非线性制导算法。在侧风条件下进行仿真分析,结果表明:改进后的非线性制导算法是正确的,其具有良好的抗风性能。     

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。