复杂低空物流无人机路径规划

针对复杂低空物流无人机路径规划问题,考虑空域环境、运输任务等内外限制,以飞行时间、能耗及危险度最小为目标函数,建立多限制条件物流无人机路径规划模型,设计启发算法以快速解算路径。采用栅格法对规划环境表征,引入物流无人机性能约束确保路径可飞。针对A*算法存在的问题及物流无人机航空运输特色,引入栅格危险度因子、货物质量惩罚系数,增加飞行时间、能耗等代价以提升避障能力、降低成本。为匹配所提启发算法解算效率与精度,采用动态加权法对函数赋权。为筛除冗余路径点及保证平稳飞行,采用双向交叉判断法等对原路径优化平滑。为验证所提路径规划模型及启发算法的有效性,对比4种算法规划结果,分析栅格粒度大小与代价权重值对结果的影响。在既定的运输环境及物流无人机性能约束下,研究结果表明:所提算法与A*算法相比,保证了物流无人机飞行安全、能耗少,将飞行时间由406 s降至386 s,降低了5%;飞行路径点数为129个、栅格危险度因子为11.69,降低了姿态改变次数,保证了运输安全;当栅格粒度大小为5 m,代价权重值为0.4、0.1、0.5时,采用所提算法规划的路径最佳。      

基于受限参变率的飞翼无人机舵面阵风减缓控制

飞翼无人机具有俯仰惯量低、纵向稳定性弱等问题,使其阵风响应对飞行参数的变化较为敏感,并且飞翼无人机的舵面较多,不同的控制策略下阵风减缓的效果不同。因此,对这类飞行器进行考虑参数变化率阵风减缓线性变参数（LPV）控制律设计,并对不同舵面组合方式的控制性能展开对比研究。结合参数依赖的Lyapunov函数方法和变参斜投影降阶算法,构建了同时考虑参数变化率限制和模型降阶条件的LPV阵风减缓控制器。基于该方法对Mini-MUTT飞翼无人机模型设计LPV阵风减缓控制器;探究了不同舵面控制策略对减缓效果的影响。结果表明:采用变参斜投影降阶算法得到的降阶模型可有效表征全阶模型的动力学特性;设计的LPV阵风减缓控制器能够保证阵风在较宽速度范围内有效减缓;在单一舵面阵风减缓中,置于外侧的舵面控制效果优于内侧舵面;而在双舵面阵风减缓中,双舵面的控制效果优于单一舵面,但控制所需输入能量也会增加。在工程应用中需要针对具体问题,综合考虑控制效果和能量消耗以确定合适的控制策略。      

新工科背景下无人机方向工程人才培养实践探索

无人机行业的高速发展对从事无人机相关行业的卓越工程师培养提出了更高要求。本文结合飞行器控制与信息工程专业建设,分析了新工科背景下无人机相关专业人才培养现状,提出“思政内核、理实一体”的工程人才培养思路,从课程思政融入、课程体系构建、理论教学优化、实践实训改革4个方面进行了实践探索,并跟踪分析了飞行器控制与信息工程专业38名学生成长轨迹。结果表明,学生在职业理想固化、工程能力生成等方面均有明显进步,对课程教学满意度维持在97%以上。该实践探索结果为无人机相关专业工程人才培养提供了可参考的实践样本。     

基于积分器初值的无人机飞行控制律平滑切换方法

针对无人机自主飞行过程中多组复杂控制律之间的切换问题,提出了基于积分器初值的控制律平滑切换方法。通过将复杂控制律的各个环节进行形式变换,拆分成由比例和积分组成的基本单元结构;然后以舵面平滑切换为目标,依次递推出复杂控制律中所有积分器的初值,实现不同控制律之间的平滑切换。仿真验证了复杂飞行控制律之间平滑切换方法的有效性。     

复杂不确定性下多无人机的抗扰时变编队控制

针对存在不确定非线性动态和外部时变干扰的多无人机系统的时变编队问题,提出了基于扩张状态观测器(ESO)的抗扰编队控制方法。首先建立了分布式ESO来估计多无人机系统的不确定性,基于ESO的输出提出了抗扰编队控制律,并提出一套算法来对控制律进行参数选定。然后,通过分析得到基于该控制律下,多无人机系统实现抗扰时变编队所需要的充要条件,并最终严格证明了在满足编队充要条件和基于提出的控制律下,多无人机系统可以稳定实现抗扰时变编队。最后仿真结果表明理论方法的有效性。     

并行子空间设计算法在电动无人机一体化设计中的应用

应用并行子空间设计算法对低雷诺数电动无人机进行了初步设计.电动无人机涉及多门学科,包括气动、重量、推进系统、性能和操稳.首先开发了电动无人机多学科系统分析软件.并行子空间设计算法利用基于人工神经网络的响应面技术作为系统分析的近似模型.电动无人机初步设计中的设计变量共有29个,其中连续设计变量25个,离散设计变量4个.研究表明,并行子空间设计算法能以较少的系统分析次数在可行域内寻找出一个较好的设计点,并在设计过程中具有适应设计要求(约束)可变性的要求,它为飞行器一体化设计提供了一条途径.     

基于PX4飞控的多旋翼无人机编队跟踪系统设计

为解决单架无人机续航能力不足、执行任务单薄、应用场合受限等问题,目前多无人机协同跟踪具有极其重要的研究价值。以多旋翼无人机为研究对象,设计了一种基于PX4飞控的多旋翼无人机协同编队系统。利用飞控底层软件,将设计的制导律进行移植,通过ROS系统对无人机进行外部控制,各个僚机和长机之间能够实时获取其他无人机位置,然后通过控制器得到指令速度,从而形成预设跟踪编队。仿真实验结果表明,整个编队系统对目标的跟踪精确有效,并且所设计的制导律可以在PX4飞控架构下实现对地面目标的编队跟踪,提高了多旋翼编队跟踪系统的稳定性。     

基于场景的无人机系统仿真测试方法

随着无人机规模数量的全新增长和技术的快速迭代,对无人机系统进行测试验证的需求更加急迫。本文探讨了无人机仿真测试场景数据及虚拟场景构建方法,提出了基于场景的无人机系统仿真测试方法,设计了无人机仿真测试平台整体研制方案。研究表明,基于场景的无人机系统仿真测试方法可以对无人机进行系统的功能验证,提高无人机测试效率,保证其安全运行能力。无人机仿真测试平台设计方案为平台研发和仿真测试开展提供了良好的基础。     

基于法向过载增稳的无人机纵向姿态控制技术研究

本文结合导弹比例制导理论和过载控制理论,重点研究了基于过载增稳的无人机纵向姿态控制技术,形成了以俯仰角比例反馈为外环和以过载复合控制为内环的复合增稳控制方案,对比仿真验证表明,相对于基于俯仰角与俯仰角速率的常规PID控制技术,在具备相同的快速性、无超调、零静差指标条件下,基于法向过载增稳的纵向姿态控制技术可以有效地同时兼顾操纵性与稳定性,并且具有更强的抗干扰能力。     

简议无人机气动设计标准的编制

简介无人机气动设计标准的现状和背景,提出编制无人机气动标准应包含的内容,分析各内容对于无人机气动设计的影响和意义。