一种自主四旋翼飞行器控制系统结构研究

四旋翼无人飞行器在军事及民用领域都有很重要的应用,但目前主要是以遥控控制为主,其自主飞行能力较弱,因此提出了一种针对四旋翼飞行器的自主控制架构,它可根据设置好的飞行轨迹进行自主巡航飞行.该自主飞行架构主要分为两部分,分别为导航控制系统和姿态控制系统.导航控制系统根据航线信息解算系统控制姿态角及飞行速度,并把解算结果交给姿态控制系统,由姿态控制系统完成实际飞行器姿态的控制.通过航线自主飞行仿真对该方法的可行性进行了验证.结果表明,该自主控制架构明晰,易于实际控制系统的实现,具有实际应用价值.     

基于多模型简化CDKF的故障诊断方法

针对使用传统卡尔曼滤波器对非线性系统进行故障诊断,估计精度低的问题,提出了一种新的故障诊断方法.该方法结合多模型自适应估计和简化中央差分卡尔曼滤波器的优点,能在线快速地检测出故障,利用中央差分代替了雅可比矩阵的求解,使系统状态估计准确收敛到真实值附近,而且避免了反复求解量测预测方差等一系列繁杂过程.在执行机构不同故障的情况下,通过与其他算法进行诊断对比,结果表明提出的算法在精度上和运行速度上具有明显的优势.     

基于代数模型的飞控计算机可靠性分析方法

针对现有大型客机飞行控制计算机的体系结构,运用动态故障树分析方法对系统进行可靠性分析.通过引入时间算子,为系统所包含的温贮备门事件建立了可靠性代数模型,并且在借助逻辑符号系统得到的结构函数基础上,推演出非相似余度温贮备可靠性分析的量化表达形式.这种代数模型方法可以适用于包含任何寿命分布类型部件的系统.通过对一个典型的电传飞控计算机系统进行研究,将其和经典Markov方法比较,体现出该种方法在工程中的有效性和便捷性.      

基于ADRC姿态解耦的四旋翼飞行器鲁棒轨迹跟踪

针对欠驱动四旋翼飞行器的控制特性,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)的姿态解耦控制算法,该算法可以克服传统欠驱动四旋翼控制方法中存在的问题,如系统状态间耦合严重,抗干扰能力弱及系统建模误差对跟踪性能影响较大等弱点.该算法利用扩张状态观测器(ESO)实现状态间耦合项的跟踪和估计,同时ESO也可实现对系统干扰的估计,干扰包括系统内扰和外扰.利用动态反馈线性化将非线性MIMO系统转化成线性SISO系统,然后利用非线性反馈控制律实现四旋翼姿态系统的高品质控制,在上述姿态解耦控制的基础上研究飞行器的鲁棒轨迹跟踪问题,不同情况下的仿真结果验证了上述姿态控制算法可提高系统轨迹跟踪的鲁棒性.该算法不依赖于精确的系统模型,降低了实际应用的难度,并有很强的抗干扰能力,具有实际应用的价值.      

飞行与推力综合控制系统的设计

讨论了一种具有飞行与推力综合舰载机自动着舰控制系统的设计方法。结合国产某型收音机首先分析了基于俯仰姿态的升降速率控制系统的结构与控制规律；然后，对飞机进场功率补诉结构与控制规律进行了分析；最后，在同时考虑飞行控制系统与发动机推力补偿控制系统的条件下，对该综合系统的控制规律进行了设计与仿真，并提供了仿真结果。     

非线性PD控制在自动地形跟随系统中的应用

提出了一种非线性PD控制方法，并将其应用在自动地形跟随系统飞行控制律的设计中。对采用常规PI控制与非线性PD控制的飞行控制系统进行了鲁棒性仿真比较以及典型地形跟随误差仿真比较。结果表明，采用非线性PD控制方法设计的控制律具有良好的鲁棒性与跟随性能。     

基于改进证据网络的空战动态态势估计方法

针对无人机空战态势估计既需要综合考虑多类型因素影响,又需要具有不确定性推理能力的特点,建立了一种基于改进证据网络的动态态势估计模型并设计了威胁等级评估推理方法。首先,考虑空战决策时间较短的特点,提出变量框架等级缩减方法以提高网络运行效率;然后,针对空战态势信息具有大不确定性的特点增加冲突数据自适应融合算法以及网络证据的时间序列预测,提高证据的合理性;最后,引入时空融合思想和变权机制将前一时刻的威胁信息作为评判后一时刻威胁的重要标准,应用威胁在时间维度上的递归合成增加信息在时间方向的传递,改善了由于证据失真引起的评估结果的不合理性问题,并通过仿真验证了该方法的有效性。     

动态环境中的无人机路径规划方法

为了解决动态环境中的路径规划问题,提出了一种引入时间轴的方法.在构型空间的基础上引入时间轴,将构型空间扩展为构型-时间空间,在构型-时间空间中可以表示动态障碍物所有时刻的位置.在路径生成阶段,提出了一种改进的蚁群算法,将方向信息作为启发信息引入蚁群算法中,使蚂蚁在初始搜索路径时更有针对性.仿真结果表明:构型-时间空间可以解决动态环境的表示问题,改进蚁群算法可以更快地收敛到全局最优解.      

基于舵面位置反馈的实用非线性控制分配方法

针对飞机在自主起降、大迎角飞行时力矩系数与舵面偏角之间的非线性和耦合性问题,以无尾飞翼飞机(TFWA)为对象,提出了一种实用新型的基于舵面位置反馈的非线性控制分配方法。该方法通过舵面位置反馈,在期望三轴力矩系数中除去前一拍舵面偏角产生的非线性三轴力矩系数,从而将非线性控制分配问题转化为线性控制分配问题来求解。证明了该方法具有一致渐近稳定性,且其稳态误差为0,并分析了该方法的可行性。通过与序列线性规划、序列二次规划和遗传算法等非线性控制分配方法进行数字仿真对比,突显了该方法精度高、解算快的特点;同时对该方法进行了基于伪逆法、不动点迭代方法和相邻面搜索方法的数字仿真,说明了其处理非线性控制分配问题的有效性。以TFWA、F18等为对象,在xPC-DSP半物理仿真平台上验证了该方法具有通用性强、实时性好的优点。      

面向有人/无人机协同远程作战的IVMS架构

面对愈发复杂的战场环境和任务需求，空中作战从单机、近距的模式不断向远程、多机协同的模式发展，有人/无人机协同作战的形式则可以使两种平台的优势互补，实现整体作战效能的提升，但与此同时，飞行员需要处理的信息也呈爆炸式增长，给飞行员增加了巨大的工作量。在夺取信息优势便是获取远程作战制胜主动权的当今，综合飞行器管理系统的作用更加关键。本文在传统综合飞机管理系统(IVMS)的基础上，突出考虑了远程作战中的长航程需求，以及有人/无人机协同作战场景下机群的任务与路径规划两方面，提出面向有人/无人机协同远程作战的IVMS架构，并从数据交互与调度和递接层次关系两方面分别设计IVMS的逻辑和软件架构，实现了有人/无人机的机载设备和战术任务的综合管理。