变桨距四旋翼无人飞行器航迹跟踪控制

针对传统定桨距四旋翼无人飞行器定桨距机构限制的问题,提出一种变桨距电机旋翼系统。在电机旋翼系统动力学模型的基础上,根据最小二次型最优控制方法设计了变桨距电机旋翼系统控制律,基于牛顿-欧拉方程和四元数运动学,建立了四旋翼飞行器动力学模型,推导了桨距角分配矩阵,设计了航迹跟踪控制律。仿真结果验证了变桨距技术相对定桨距技术在控制响应方面的优势,证明了提出的控制方法能够实现对变桨距四旋翼飞行器的高精度航迹跟踪控制。     

基于改进人工势场法的四旋翼飞行器航迹规划

基于四旋翼飞行器低空飞行实时避障的需求,利用人工势场法进行航迹规划。由于四旋翼飞行器对周围环境感知的局限性,容易导致局部极小问题出现。针对此问题提出"选择穿越法",四旋翼飞行器进入局部极小状态时激活该行为,有选择地穿过障碍物,迅速地摆脱局部极小的状态。仿真结果表明该方法能够有效地解决局部极小问题。     

基于迭代学习控制的四旋翼飞行器轨迹跟踪

为实现四旋翼飞行器对给定轨迹的精确跟踪,提出了一种四旋翼飞行器的迭代学习轨迹控制算法。首先,建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并基于小扰动方法对模型进行了线性化处理;其次,提出基于飞行器模型反演推导的轨迹跟踪外环控制以及基于迭代学习控制算法的高度与姿态内环控制,通过在迭代对控制输入的迭代优化,使得四旋翼飞行器不断逼近期望的轨迹,从而达到高精度的控制目标。最后,通过理论分析以及计算机仿真实验,验证了所提算法的有效性。     

基于SADRC的四旋翼飞行器姿态解耦控制方法

针对线性自抗扰(Linear Active Disturbance Rejection Control,LADRC)在四旋翼飞行器姿态控制中存在初始状态误差较大时可能产生"峰值"现象的问题,提出了一种基于线性/非线性自抗扰切换控制(Switch in linearnonlinear Active Disturbance Rejection Control,SADRC)四旋翼飞行器控制方法。以实验室现有的3-DOF四旋翼飞行器平台为研究对象,建立了其姿态的数学模型,引入SADRC对其基本原理进行了介绍;基于SADRC设计了四旋翼飞行器姿态解耦控制器,并对系统单通道的稳定性进行了分析;对控制方法进行了实验验证。结果表明,SADRC控制器可有效避免LADRC控制器因为初始状态误差引起的"峰值"问题,抗干扰性能进一步提高。     

基于LADRC的四旋翼姿态解耦控制方法

针对基于自抗扰控制技术(ADRC)构建的小型四旋翼飞行器非线性姿态控制器,存在设计复杂、整定参数多、工程实现困难的问题,提出了一种基于线性自抗扰控制器(LADRC)的四旋翼飞行器姿态解耦控制方法。建立了四旋翼飞行器姿态的非线性耦合数学模型,引入LADRC,阐述了其对多变量系统的解耦抗扰控制原理及参数整定方法,并对四旋翼飞行器的姿态耦合数学模型进行了解耦;采用二阶LADRC建立了飞行器姿态控制回路,根据飞行器姿态控制中过渡时间的要求对控制器参数进行了整定;最后进行了仿真分析,结果表明,该姿态控制算法不依赖于精确的数学模型,具有较强的鲁棒性和抗干扰性,且仅需对一个参数进行整定,降低了工程应用难度,具有较强的实际应用价值。     

四旋翼飞行器的自适应单神经元PID控制研究

四旋翼飞行器的飞行控制通常采用比例、积分和微分(PID)控制算法。文章针对传统PID控制算法调整时间过长,超调量大等问题,基于四旋翼飞行器的非线性动力学模型,设计了一种改进的自适应单神经元P ID飞行控制算法。该算法在调整加权系数的基础上,通过运用非线性控制方法,增加了对神经元比例系数的自适应调整。仿真结果表明,该算法动态响应速度快,稳态控制精度高,抗干扰能力强,能较好地实现对四旋翼飞行器的通道控制。     

基于智能变后缘的超微型无人机高度控制研究

针对微型旋翼飞行器在飞行时,因旋翼表面容易发生流动分离而造成升力损失的问题,开展了采用连续后缘襟翼(CTEF)来改变飞行器升力的技术研究。首先,开展了不同安装角下微型旋翼的推进性能研究,建立了微型旋翼模型,对其进行推进性能分析;然后,利用P(VDF-TrFE)材料制作CTEF,采用单向流固耦合的方法对使用CTEF的旋翼进行推进性能分析,结果表明后缘襟翼在电压驱动下可以实现有效偏转,偏转产生的等效安装角在12°左右,最高可将拉力提升40%;最后,基于PID控制器设计无人机高度控制系统,通过控制驱动电压,实现控制无人机高度的目的。仿真结果表明控制系统的响应时间在6 s左右,超调量在5%左右。研究表明,提出的基于P(VDFTrFE)材料的无人机高度控制系统可以实现无人机高度通道的有效控制,证实了CTEF在旋翼飞行器控制方面的潜力。     

四旋翼高阶滑模控制器设计与仿真

针对四旋翼飞行器的欠驱动滑模控制对飞行器模型依赖严重问题、飞行器数学模型的特点与姿态及位置控制问题,提出了一种滑模控制算法。将飞行器整体控制分为内环控制和外环控制两部分,设计不依赖精确数学模型的滑动模。该算法采用高阶滑模削弱抖振,从而实现四旋翼飞行器的稳定控制,同时也提高了控制的精度,消除了相对阶的限制。仿真和实验结果表明,相比于传统的PID控制器,所设计的控制器对未知扰动具有较好的鲁棒性,并能够实现4 s内完成定点定姿态飞行,验证了算法的有效性。     

自旋三旋翼飞行器的概念设计研究

根据未来无人机发展的需求,提出了自旋的飞行方式,并设计了一款结构高度简化的自旋三旋翼飞行器。自旋三旋翼飞行器在飞行过程中,由于旋翼同向旋转产生的扭矩带动机身朝反方向自旋,在机翼处产生额外的升力,同时获得更好的稳定性。介绍了自旋三旋翼飞行器的概念设计,对自旋飞行的原理进行基本阐述,论证了其可行性,并基于此提出一种五自由度自旋飞行的控制方法,展望了其可能的应用场景。     

基于DDPG的四旋翼无人机姿态控制

针对未知环境下四旋翼无人机姿态控制实现难、鲁棒性差等问题,提出了基于深度确定性策略(DDPG)算法的智能姿态控制方法。首先,基于欧拉-庞卡莱方程,利用计算机符号推导,建立四旋翼的动力学模型;其次,基于DDPG算法设计四旋翼的姿态控制器,并在奖励函数设计中引入姿态误差、姿态角速度误差和控制量惩罚项;最后,通过设置不同初始状态值、改变四旋翼结构参数和引入噪声等仿真试验,分析验证控制器的性能。仿真结果表明,该控制器能够引导四旋翼快速响应到期望姿态并保持稳定,同时展现出较好的泛化能力。     

机载预警雷达对海上悬停直升机的探测

提出了依托机载预警(AEW)雷达利用悬停直升机旋翼回波信号来探测海上悬停直升机目标的方案．着重就机载预警雷达采用时－空级联自适应处理技术对海杂波的抑制和旋翼回波信号处理的方法进行了研究．最后,给出了计算机仿真结果．     

基于TensorFlow的四旋翼无人机着陆地标识别

针对多旋翼无人机在无人干预情况下的自主着陆问题,提出一种基于迁移学习的地面标识图像检测方法.该方法基于TensorFlow深度学习框架,使用迁移学习技术在地面标识数据集上重新训练Inception-v3模型以构建新的地面标识识别模型.以四旋翼无人机为例,将其拍摄的着陆坪图片与其他地面标识图片作为训练集输入神经网络,通过多次训练校正神经网络参数.实验结果表明,基于迁移学习的四旋翼无人机着陆地标识别比直接基于In-ception-v3模型的识别效果要好得多,在仅有数千张训练图片的情况下,测试准确率超过90％.在Windows下训练、测试的模型可移植到树莓派3B上,完成了基于Python和TensorFlow开发的程序在不同操作系统下运行的验证工作.     

自适应旋翼技术——让直升机减少噪声和振动

直升机具有独特的飞行性能——依靠旋翼在空中悬停、在狭小空间内垂直起降,使其成为重要的空中运输和作战平台。目前,在旋翼设计中还存在一些空气动力学问题,对直升机飞行产生不利影响。这主要表现在,直升机在起飞、降落和空中悬停过程中,旋翼气动噪声很大;在巡航飞行中,旋翼振动比较剧烈。上述问题大大影响了直升机的乘坐舒适性,降低了直升机的使用寿命;对于军用直升机,还会削弱其隐蔽性,降低行动的突然性和战场生存力。     

独具特色的倾转旋翼机技术

倾转旋翼机是一种性能独特的旋翼飞行器。它既具有传统旋翼机(即直升机)垂直起降和空中悬停的能力,在旋翼倾转后、巡航飞行时又酷似螺旋桨动力的固定翼飞机。正是由于突破了传统旋翼机的思维定势,才产生了采用崭新设计原理的倾转旋翼机,使直升机技术得到了革命性、跨越式的发展。倾转旋翼机融合了直升机与固定翼飞机的优点,是一种军民两用的高技术产品。它既具有垂直起降能力,能像直升机一样,执行兵员/装备突击运输、战斗搜     

共轴旋翼无人飞行器姿态控制

针对共轴旋翼无人飞行器的姿态控制问题,基于反步法设计了鲁棒跟踪控制器。考虑旋翼挥舞、气动参数时变、模型简化误差和外界干扰等因素,建立了不确定非线性姿态控制模型。对于模型不确定性,采用径向基函数神经网络对其进行估计;针对外界干扰,采用干扰观测器估计干扰的幅值。设计了反步控制器,根据Lyapunov稳定性定理证明了该控制器能够使得飞行器姿态有界稳定。仿真结果表明:设计的姿态控制器具有良好的姿态跟踪性能和干扰抑制性能。     

腾飞的“竹蜻蜓”——武装直升机发展漫谈

武装直升机是指依靠发动机带动旋翼产生升力和推进力并能够作战的航空兵器,它能垂直起落、空中悬停、原地转弯,并能前飞、后飞、侧飞;能在野外场地垂直起飞和着陆,不需要专门的机场和跑道;能贴近地面飞行和长时间悬停,超越障碍,或利用地形地物隐蔽活动;能吊运体积大的武器装备,不受本身容积的限制。尽管与固定翼战斗机相比,     

面向目标对峙跟踪的四旋翼协同编队控制方法

针对多四旋翼编队飞行过程中对地面目标对峙跟踪、几何队形生成、稳固保持和协同抗干扰问题,设计了一种可应对外部环境干扰和气动参数不确定性的多四旋翼主从式协同目标跟踪方法。首先,建立存在外部干扰以及参数不确定性的四旋翼运动学/动力学模型;其次,基于Lyapunov导航向量场设计领航者的对峙跟踪航迹使得领航者以固定对峙半径实现对目标的盘旋跟踪;然后,构造多四旋翼分布式位置保持控制器,为后续姿态控制器构造提供必要的期望指令;最后,针对四旋翼外部环境干扰和气动参数不确定性设计基于自抗扰控制的多四旋翼姿态跟踪控制器。仿真结果表明所提方法可以在局部智能体通信的前提下实现对地面目标的对峙跟踪,显著改善四旋翼编队系统的抗干扰能力,提升干扰环境下多四旋翼编队几何构型的稳固性。     

寻求速度新突破的舰载直升机

舰载直升机作为直升机的一支,有着许多其他飞行器所不具备的垂直起降、空中悬停,全向机动等诸多优势,如何在确保其基本性能的基础上进一步提高飞行速度,这是直升机设计师正在研究的课题,也是困扰全球航空界许多年的难题。近年来,由于几种附加推力型直升机的出现,几种倾转旋翼机相继投入使用,旋翼锁启型试验机的试飞成功,以及高速圆盘旋翼机设计方案的推出,使航空界又看到了希望和光明。     

基于ILOPF的四旋翼姿态估计算法设计与实现

针对四旋翼飞行器姿态角速率的测量伴随随机噪声,直接进行姿态信息融合的结果波动剧烈的问题,提出了一种结合EKF的改进线性优化粒子滤波算法。该方法将EKF融合到重要密度函数中,改进了线性优化过程的结合策略,考虑算法的实时性,对其进行了相应的简化;实现了仿真条件下四旋翼飞行器姿态角速率的估计,统计结果显示,相比EKPF算法,ILOPF的滤波效率提高了20%。在飞行样机的飞行过程中使用ILOPF,表明了其有效性。     

小型电动垂直起降飞行器推进系统性能分析

小型电动垂直起降飞行器的悬停续航性能取决于推进系统的性能。基于电池、电机、电调的质量模型和螺旋桨的推力-功耗关系,利用电池的恒流放电模型建立了垂直起降飞行器的续航时间评估模型,分析了推进系统参数和有效载荷对飞行器续航性能的影响规律,研究结论可用于电动垂直起降飞行器的总体设计和推进系统选型。