基于μC/OS-Ⅱ的无人直升机飞行控制软件设计

飞行控制软件是无人直升机飞行控制的核心,随着对先进无人直升机的性能要求越来越高,无人直升机的控制系统功能越来越复杂,飞行控制软件的设计也越来越重要。本文基于μC/OS-II实时内核详细介绍无人直升机飞控软件模块化的设计方案,提出基于μC/OS-II的飞行控制软件的任务划分和任务通信等技术。该方案能很好得满足系统对实时性的要求,同时能大大降低了开发难度,提高了可读性和可维护性。并且该方案已经在某小型无人直升机飞行控制系统中得到了很好的验证。     

直升机控制系统的内/外回路设计概念及其应用

提出了一种新型的内／外回路控制结构,系统地阐述了此结构在直升机控制系统中的应用。内回路主要使各个通道解耦,改善系统的稳定性,并使系统具有速率响应特性;外回路采用输出反馈,对已解耦的不同通道分别进行单回路设计。其中内回路的解耦特性是内／外回路设计概念的基础,采用特征结构配置技术有效地实现了内回路的通道解耦。采用内／外回路结构所设计的直升机控制系统具有良好的指令跟踪性能、抗干扰特性以及良好的解耦响应特性。实例研究充分展示了这些特点。     

组合动力飞行器吸气段轨迹设计方法研究

水平起降组合动力可重复使用运载器是未来航天运输系统的重要发展方向。针对采用空气预冷涡轮火箭发动机的组合动力飞行器在吸气爬升段受多约束条件限制、动力与质量特性变化大的特点,提出了一种基于动压高度剖面的轨迹设计方法。通过推导基于高度的质点运动学方程,得到轨迹参数解算流程,并结合动压、迎角与法向过载的约束边界以及任务窗口确定动压高度剖面形状,从而得到满足要求的吸气段标称轨迹。在此基础上,设计了标称轨迹高度跟踪制导律。仿真结果表明,标称轨迹在吸气段多种不确定性偏差的影响下满足多约束要求,具有较强的鲁棒性。     

无人机简化配置控制技术研究

提出了一种仅采用垂直陀螺和GPS的简化配置控制方案，形成了无人机飞行控制系统常用的俯仰／滚转控制回路、高度控制回路和航迹控制回路。由于GPS信号更新率(1Hz)较低，利用无人机运动学之间的内在关系,给出了高度、航向、位置反馈信号的融合算法。这些反馈回路的控制增益均采用改进的输出反馈LQR设计技术,该技术简化了权矩阵的选择。对比研究表明，对于自身稳定性较好的无人机，该简化配置方案能够实现姿态控制、高度控制和航迹控制。     

直升机涡环状态边界的飞行试验研究

直升机涡环状态边界的确定对直升机飞行安全具有重要意义。为验证辛宏，高正通过模型试验得出的理论涡环边界线，研制开发了一套涡环状态边的机载测试设备，制定了一套飞行试验方案，在R22直升机上进行了飞行试验，通过试飞，明确了直升机进入涡环状态的首要特征现象是机头开始出现航向摆动，摸清了直升机进入涡环状态后的一些运动规律。通过对试飞数据的处理，得到了实测涡环边界线以及对应的临界垂直下降率和安全下滑角，本文首次提出了涡环状态过渡区的概念，指出当直升机进入过渡区时应立即顶杆增速，便可有效改出涡环状态，同时也得出结论，直升机一旦陷入涡环状态，如不施加有效操纵是不会自行退出的，并且愈来愈严重。     

基于非线性模型预测控制算法的亚轨道再入轨迹优化

针对升力式飞行器再入终端需要满足窗口约束条件的情况,提出了一种基于模型预测算法的再入轨迹优化方法。该方法利用预测模型和滚动优化策略将非线性多约束优化问题转化为线性优化目标函数,并采用二次规划法求解该轨迹优化问题,得到了满足相应约束的亚轨道再入轨道。以某升力式再入飞行器为对象进行了纵向轨迹优化计算,仿真结果验证了该轨迹优化方法具有较高的精度和计算效率。     

直升机着舰引导与控制研究进展

随着现代海战向立体化、多层化发展,舰载直升机以其垂直起降、定点悬停等优势成为未来海战武器装备的重要组成部分,而着舰引导与控制是舰载直升机的关键技术。本文对直升机着舰引导技术与着舰控制技术的研究进展进行概述,着重概述和分析了着舰引导技术中的雷达、卫星、视觉、光电引导技术。其次对舰载直升机着舰的环境影响因素、综合流程以及应用现状进行概述分析,最后对舰载直升机着舰技术进行了展望。     

一种实现舵机带宽测试的系统辨识方法

本文讲述的是一种应用加权递推的最小二乘辨识算法测试舵机带宽的实用方法。文章简要介绍了舵机的工作特性和舵机模型的选取,概述了辨识算法的选取及实现过程,并在输入信号的选取和辨识数据的预处理等方面作了基本的探讨。文章还应用大量的实验数据分析了加权系数和遗忘因子的选取对实验结果的影响,最后验证了辨识结果的有效性。     

直升机飞行品质评估数学模型研究

针对飞行品质评估需要，结合建模工作中的经验，讨论了模型复杂度和真实度之间的关系，分析了不同阶次的入流模型和非定常气动模型对结果的影响，考虑了旋翼尾迹对机身的气动干扰作用，并对涡轮轴发动机和飞行控制系统模型在飞行力学模型中的重要作用做了阐述。还地逆仿真方法在飞行品质研究中的应用提出了一些见解。     

基于DSP的数字舵机控制器设计

介绍了某型无人机的数字式舵机控制器的设计。由于原使用的模拟式舵机控制器的控制参数不易调整,且用于调整参数的电位器极易出现故障,设计了使用TMS320F2812作为CPU的数字式舵机控制器。本控制器使用DSP芯片对多路舵机实现了伺服控制,不但体积大大缩小,而且控制性能更加优良,并实现了系统的各主要控制参数的不拆机修改,增加了控制器的灵活性以及通用性。