分布式推力矢量控制在超长航时无人机中的应用

由于常规气动舵面在超高空的操纵效率极低,而超高空长航时无人机的分布式推力矢量控制可提供新的飞行操纵系统,因此进行了这种全新分布式纯推力矢量操纵系统的概念探讨.通过剖析国外无人机并分析推力矢量控制机理,定义了该控制系统的操纵体系,建立了飞行控制结构并设计了控制方案,最后提出了尚需深入研究的问题.     

一种基于广义逆的无人机鲁棒控制分配方法

针对无人机广泛采用先进操纵面带来的控制分配问题,提出了基于闭环广义逆的鲁棒控制分配新方案。在基于广义逆的控制分配方法基础上,加入了控制量对应状态的反馈,分析了新方案的可行性,给出了采用新方案后闭环系统稳定的充分必要条件,提出了新的控制分配律设计方法,并研究了闭环系统的稳态特性。数值仿真验证结果表明该方案能够解决先进布局无人机飞行控制系统的控制分配问题,可推广至广义的控制分配领域。     

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。     

基于简单自适应控制的滑模飞行重构控制律

为提高飞行重构控制系统的鲁棒性,提出了一种基于简单自适应控制的滑模变结构重构控制律设计方法。采用简单自适应控制取代传统的等效控制律,可以较好地解决原等效控制律求取完全取决于被控系统结构和参数以及计算复杂等问题;同时引入饱和函数替代符号函数来减弱变结构控制的抖振现象;利用李雅普诺夫稳定性理论分析了该重构飞行控制系统的稳定性;以某型飞机侧向飞行控制系统为例,进行了仿真分析与研究。结果表明,该方法对操纵面损伤等故障具有较强的适应能力,使重构飞行控制系统在跟踪参考输入信号时具有较好的鲁棒性。     

K8飞机自由飞模型飞控系统设计研究

自由飞模型是按相似原理以飞机模型空中投放试验来验证原型飞机的操稳性能或获取飞机参数等，现通过对Ｋ８飞机自由飞模型控制系统的研究。设计了静不稳定飞行状态下的控制增稳系统。并根据自由飞的特点，设置控制器接通与否两种工作状态，可进行人工操纵飞行和接入控制器的操纵飞行。飞行记录表明，控制系统设计是成功的，可起到对原型机仿真的作用。     

压电驱动器的气动弹性应用

 随着压电智能材料与结构的发展,压电驱动器在气动弹性控制领域占据重要地位。使用压电驱动器控制翼面变形,利用而不是抵抗气动弹性效应可以控制升力、力矩以及它们的分布。采用基本相同的智能结构翼面控制系统,根据不同的控制目标需求,使用压电智能材料驱动器可以达到多种目的,包括静态的形状控制与动态的颤振抑制、抖振控制与阵风响应控制。静态控制方面例如改变翼面形状获得附加空气动力以增加升力、提供横滚力矩、改变升力分布以减小诱导阻力或减小翼根弯矩等;动态控制例如利用改变翼面形状产生的附加空气动力作为控制载荷,改变气动弹性系统的耦合程度,根据控制效果要求可作为气动阻尼、气动刚度或气动质量。这种控制方法可以减轻结构重量,提高操纵效率,扩大飞行包线,提高材料利用率,已成为可变形飞行器的重要研究内容。本文主要阐述压电驱动器气动弹性应用的动机与机理、发展与成就以及问题与展望。     

基于无人机典型试飞动作的指令控制技术研究

针对现有无人机平台试飞中采用人工遥控操纵试飞方法存在实时性不足的问题,提出了基于无人机典型试飞动作的指令控制技术。通过对无人机平台飞行试验项目的分析,建立了无人机典型试飞动作单元库,设计了试飞动作单元的控制动作指令,提出了在无人机飞行控制系统的基础上增加嵌入式试飞动作环节的指令控制技术验证方案。试验结果表明,与人工遥控操纵方法相比,试飞动作指令控制技术具有操作简单,试飞动作更准确、规范,数据有效性更高的优点。     

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.     

某无人机纵向控制律的最优控制器设计及仿真

控制律的设计直接影响无人机的飞行品质.针对无人机的要求,把飞行控制系统的纵向运动分为俯仰角速率、俯仰角和高度控制三个回路,采用最优控制器方法进行PID控制器设计,避免了经典控制理论中根轨迹法需要试凑的缺点.通过编写OCD程序并在Matlab中进行仿真,结果表明,所设计的无人机飞行控制器响应速度快、超调量小,效果有明显改善,飞行品质达到1级要求,并可大大节省设计时间,为进一步研究多输入多输出控制器提供了依据.     

高性能飞机发展对控制理论的挑战

根据笔者30余年来飞行试验研究的实践,从实际飞行的角度简要综述了影响飞行安全的大迎角过失速机动、超低空重载空投、飞行器突发故障和无人机控制方法研究。描述了操纵稳定性飞行试验获取飞机模型的手段和通常飞行控制器设计对模型的近似,给出了8个飞行鲁棒控制的研究问题;对超低空重载空投控制方法进行了描述,并给出了飞行器出现故障时突变模型和容错控制方法;同时,描述了测量对飞行控制特别是对保障无人机飞行安全的重要性,指出了飞行控制方法研究存在的部分问题,并建议有关高校研究单位从稳定性很好的四旋翼转向固定翼或单旋翼战术无人机等高层次研究。     

基于滑模的多无人机系统协同编队控制

针对具有非完整约束的多无人机系统编队控制问题,提出了一种基于滑模的协同编队控制算法。控制目标是使多无人机系统能够收敛到期望编队,并且能够跟踪上期望的运动轨迹。在领导-跟随结构中,编队的期望运动轨迹由一个动态的虚拟领导者来表示,仅部分跟随者先验已知虚拟领导者信息,并且所有跟随者之间只能局部交互信息。首先,采用分布式状态观测器,使所有跟随者能够在有限时间内估计出虚拟领导者的状态。然后,利用该观测器的估计状态,提出了基于滑模的协同编队控制算法。最后,基于李雅普诺夫稳定性理论证明了多无人机系统的稳定性,并且通过5架无人机的仿真验证了所提算法的有效性。     

无人机通用测控技术

针对国内无人机系统之间缺乏互联、互通、互操作技术标准和能力的问题,研究了无人机通用测控方法和技术实现途径,提出了适用于无人机的通用测控模型、测控接口和描述模型。开发了小型无人机通用测控接口试验验证系统,对所提出的通用测控技术进行了技术验证,实验结果证明了该技术的可行性。     

基于改进一致性算法的无人机编队控制

编队飞行是指多架无人机保持以一定队形进行飞行的状态,相比于单架飞机执行任务,无人机编队能够增加搜索面积,提高飞机飞行性能,增大完成任务成功率。编队控制是实现编队安全高效完成指定任务的前提。本文以一致性理论为基础,针对无人机运动模型的特点与实际飞行要求,对基本的一致性算法进行改进,提出了改进一致性无人机编队控制算法。首先利用纵向和横侧向解耦的自动驾驶仪模型给出了无人机的三自由度运动方程,根据机动性与飞行性能要求定义了各方向上的加速度、速度与角速度约束。基于一致性理论,将编队控制分为平面与纵向2个方向进行,在状态控制的基础上,利用各状态变量间的几何关系对无人机运动自由度进行转换,加入编队队形信息,设计了编队控制算法。为了使算法生成的指令信号满足约束条件,提出了"最小调整"约束条件处理策略。依据粒子群算法对各无人机的爬升加速度进行优化,以避免机间碰撞。仿真结果表明：提出的编队控制算法具备编队成形与变换功能,能够使无人机编队状态快速收敛到指定值,且保持指定队形,无人机飞行状态满足所有约束条件。     

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。     

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。     

有人机/无人机协同任务控制系统

针对有人机/无人机协同任务控制系统的设计和实现问题展开研究。结合有人机/无人机协同控制过程的特点,提出了基于自然语言接口方式的有人机/无人机协同任务控制系统结构。在此基础上,分析了系统模块的关键内容,设计了面向有人机与无人机交互过程的任务指令格式,提出了基于优先级的任务模式调度策略,针对无人机的典型任务模式,讨论了航路规划的计算方法选择,最后构建了有人机/无人机协同任务仿真环境。仿真试验结果验证了整体方法的可行性。     

Multiple model predictive control of perching maneuver based on guardian maps

Considering the strong nonlinearity of Unmanned Aerial Vehicles(UAVs) resulting from high Angle of Attack(AOA) and fast maneuvering, we present a multi-model predictive control strategy for UAV maneuvering, which has a small amount of online calculation. Firstly, we divide the maneuver envelope of UAV into several sub-regions on the basis of the gap metric theory. A novel algorithm is then developed to determine the ploytopic model for each sub-region.According to this, a Robust Model Predictive...     

带FDI算法的无人机组合导航姿态确定控制系统设计

无人机导航系统的作用是提供导航数据给飞控计算机作为制导和控制用,因为飞控计算机的性能在很大程度上依赖于导航数据,导航系统的某一个错误可能会导致整个无人机的失败,因此,导航系统应具有故障检测和隔离(FDI)算法,介绍了一种用于无人机导航的FDI和低成本的组合导航系统,硬件包括低成本商业用MEMSIMU、GPS接收器、磁力计和导航计算机,软件包括带FDI算法的卡尔曼滤波。     

基于分布式模型预测控制的多UAV协同区域搜索

针对多无人机(UAV)协同区域搜索问题展开研究。提出了一种基于分布式模型预测控制(DMPC)的多UAV分布式优化搜索方法。首先基于传统的搜索图模型,建立了多UAV协同搜索的问题描述和状态空间模型,然后在DMPC框架下,将集中式多UAV在线优化决策问题转化为各架UAV的小规模分布式优化问题,采用基于纳什最优和粒子群优化(PSO)相结合的算法实现对每个子系统优化问题的迭代求解。仿真结果表明:DMPC方法能够有效地降低多UAV协同搜索决策问题的求解规模,是一种可行的方法。