多无人直升机协作搬运控制技术研究

随着多无人机协同控制技术的迅猛发展,多无人机悬挂运输飞行成为国内外研究的热点.针对多无人直升机协作悬挂搬运的绳索摆动问题和轨迹控制问题,设计了基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法.首先,建立了多无人直升机协作悬挂搬运系统的非线性动力学模型.然后,把对无人直升机动力学特性和稳定性能影响较大且无法测量的各绳索拉力作...     

无人作战飞机对地攻击火/飞耦合控制器设计

针对实现无人机对地攻击构建攻击综合火力/飞行控制系统的关键问题,提出设计一种以耦合控制器结构完成现有分离的火控系统和飞控系统的综合.由火控系统解算出无人机对地攻击的攻击区和投弹区并生成参考攻击轨迹,耦合控制器根据参考攻击轨迹,控制无人机进行参考攻击轨迹跟踪.设计耦合控制器综合控制策略,避免了因纵向通道和横侧通道交联带来的控制误差;设计耦合控制单元,完成舵机和副翼的偏转量的解算.仿真结果表明:该耦合控制器能根据目标位置较好的完成控制量解算,控制无人机进行轨迹跟踪,实现对地攻击.     

液压驱动型四足机器人对角小跑步态本体水平位置控制方法

为了对对角小跑中四足机器人本体的水平位置进行控制,建立基于沿支撑线方向运动分解的机器人近似动力学模型,将本体和对角支撑腿简化为一个七连杆结构和一个线性倒立摆,并且基于线性倒立摆解析模型提出摆动腿落足点位置计算方法,进而实现对本体水平位置的控制。针对液压作动器伸缩速度受限的问题,利用单腿冗余关节将关节角速度优化问题转化为标准二次型规划问题,通过设计二次型规划问题解法,降低对摆动腿关节角速度的需求,并且避免了传统伪逆方法可能产生的腿部奇异位型。仿真和实验结果表明:该方法能够实现在关节角速度受限的情况下,有效跟踪本体水平位置的期望轨迹。     

基于分数阶S面模型的四旋翼轨迹跟踪控制

四旋翼无人机具有欠驱动、非线性、强耦合的特点。针对四旋翼无人机轨迹跟踪控制中跟踪精度低,抗外界干扰能力弱的特点,通过对四旋翼无人机进行四元数建模,使用误差四元数作为控制器输入,消除了无人机在机动角度过大时的奇点问题,提出了一种分数阶S面的控制方法,即将分数阶PID控制与S面控制融合,作为一个新的控制器。轨迹跟踪试验表明,分数阶S面控制器在四旋翼无人机控制模型中的累计误差明显小于分数阶PID,证明了该方法具有抗风扰能力强、跟踪精度高的特点。     

固定翼无人机航迹跟踪抗风性研究

无人机作为一种新型军事装备,具有广泛的作战应用场景.无人机的航迹跟踪性能和抗干扰能力是其安全完成飞行任务的保障,随着现代战争作战环境日益复杂,无人机飞行将面临更大的挑战.针对目前固定翼无人机在飞行过程中受风扰影响严重的问题,设计了一种具有抗风性的航迹跟踪方法.利用非线性导引原理实现对航迹的跟踪,并通过引入反馈消除了风扰...     

无人机地形预处理低空突防轨迹规划技术

针对无人机低空突防飞行问题,提出了一种基于飞行器最大过载约束、爬升角约束和速度约束的数字地形直接平滑技术,设计了多步判断逻辑和山峰保护逻辑以提高平滑收敛速度和对山峰的保护,生成满足无人机飞行性能约束的安全可飞行曲面;在此曲面上进行轨迹规划,避免了复杂的轨迹可飞性和安全性处理工作,提高了轨迹规划效率;利用正交配点法将无人机轨迹规划问题进行离散化,转化为非线性规划问题,并利用序列二次规划方法进行攻击轨迹求解。仿真表明,该技术能快速生成可飞行的攻击轨迹。     

考虑速度约束的无人机Dubins路径规划

针对目前关于Dubins路径的研究未考虑速度约束的情况,根据Dubins路径的特点,提出了速度控制算法实现无人机对Dubins路径的有效跟踪。首先为无人机生成满足要求的Dubins路径,随后采用速度控制方法对无人机跟踪Dubins路径进行控制,并通过设置虚拟位姿点的方法,使无人机完成速度大小的调整,以期望速度大小到达任务点,实现了无人机在路程、速度约束条件下的运动控制。最后利用四旋翼无人机平台进行了飞行验证,实验及仿真结果表明了该方法简便可行,易于实现。     

多旋翼无人机减振分析与实验

针对多旋翼无人机机身系统振动过大导致飞行状态不稳的问题,基于有限元仿真技术与实验方法,进行了减振分析。通过频率分析,确定系统振动过大的原因为固有频率与激励频率耦合导致的共振现象,且共振频点的模态振型包含一阶挥舞、一阶摆振和二阶摆振振型。提出了优化机身壳体截面形状的设计方案,在不增加额外质量的情况下,将一阶挥舞、一阶摆振和二阶摆振振型对应的频点分别提高37.23%、22.47%和18.43%,有效规避了机身共振现象。仿真实验证明,提出的有限元仿真与实验结合的减振分析思〖BHDWG8,WK10YQ,DK1*2,WK1*2D〗〖XCMWL.TIF;%129%129〗听语音 聊科研与作者互动 路及优化设计方法,可为旋翼无人机减振设计提供参考依据。     

小型无人机控制逻辑建模及仿真

无人机的飞行轨迹具有明显的分段特性,且在各飞行段内其飞行状态和控制方式有明显的区别。针对这一特点,可以通过建立飞行全过程的控制逻辑模型实现对无人机的监控任务。Stateflow是一个基于有限状态机理论的图形化离散事件仿真环境,可以用于控制逻辑建模。利用Stateflow建立了某小型无人机飞行全过程的控制逻辑模型,为无人机的控制逻辑建模提供了新的设计方法。通过对所研究的小型无人机非线性系统模型进行仿真,验证了所建立的控制逻辑模型的正确性。     

切变风与摆动对系留艇锚泊气动特性影响研究

根据系留艇锚泊状态复杂地形环境特征,对系留艇进行了气动特性仿真和分析,首次将切变风和自身摆动影响纳入到气动仿真当中,结果表明:地形环境的影响尤其是地面效应会使飞艇周围流场发生显著改变,从而改变飞艇气动力和力矩;飞艇自身的摆动会使艇身气动力大小和方向产生周期性的变化,其变化率与飞艇摆动频率密切相关;短时间剧烈变化的切变风对飞艇来说会产生"滞后性"和"弹簧效应",使得艇身气动载荷增大的同时艇身气动力的极性也会发生改变,这对于飞艇飞行安全来说结果是致命的。     

基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法

针对无人机飞行过程中避障问题,提出了一种基于模型预测控制的无人机避障路径规划方法。通过对无人机平台模型进行分析,构造了无人机状态空间预测模型。为保证路径规划过程输出的平稳性,采用一阶指数变化形式作为无人机飞行路径的参考轨迹。设计了预测模型调整策略,并给出了参数调整流程,以能力-时间组合最优为目标,建立了无人机避障路径优化模型,采用有限时域优化的滚动优化算法对无人机避障优化模型进行了求解。算例仿真结果表明,该算法可有效解决无人机飞行路径的避障问题。     

时变通信时延下的多无人机系统编队追踪控制

针对存在时变通信时延的情形,研究了多无人机系统的编队追踪控制问题,使得系统中的领导者能够追踪期望轨迹,跟随者能够追踪领导者轨迹并形成期望编队。对系统中的无人机建立其动力学模型,对于所描述的情形作出一些基本假设和说明。基于一致性理论对领导者和跟随者设计相应的控制器,通过变量代换和数学变形,将原系统的编队追踪控制问题变为低阶系统的渐近稳定问题。设计合适的Lyapunov-Krasovskii函数,运用线性矩阵不等式的相关定理,推导出新系统渐近稳定的充分条件。在Matlab环境中对系统进行飞行仿真实验,实验结果表明：在满足所给条件时,系统在时变通信时延条件下能够实现编队追踪控制。     

缓存需求驱动的无人机轨迹优化

在移动边缘计算网络中,无人机搭载缓存服务器可视为移动的边缘节点,它可以按照一定的顺序接近每个地面终端。根据需要缓存数据量的大小,结合无人机能源受限的特点,提出了缓存需求驱动的无人机轨迹优化方案。该方案的目标是用最短的时间满足某一区域内所有地面节点的通信需求。首先,假设无人机与地面网络节点的通信顺序已知;然后,在此基础上根据地面节点的数据传输量,即无人机需缓存的内容长度,设计了一种基于半监督学习的无人机轨迹优化策略。具体而言,根据无人机的计算系统中是否存储最佳飞行轨迹或者贪心指数的大小,可将算法细分为启发式和半监督模型两大类,依实际情况进行选择。仿真表明,方案提出的轨迹长度相比对比方案优化了22.1%~33.5%,可以有效缩短无人机飞行距离和减少飞行时间,从而可更有效地为地面网络节点提供边缘计算服务。     

无人机保距跟踪中的视觉跟踪算法研究

针对固定翼无人机对地面目标进行保距跟踪过程中不能稳定获取目标图像的问题,设计了一种提高视觉目标跟踪稳定性的算法。该算法基于核相关滤波算法,提出了线性旋转子空间的概念,用于估计平面外旋转后的目标图像,在跟踪的过程中通过跟踪效果判断是否对线性旋转子空间进行校正。这种更新机制提高了在相对位置不断变化的情况下视觉跟踪的稳定性和准确性,有效地降低了跟踪漂移的程度。算法在无人机跟踪视角的视觉跟踪数据集中进行了测试,结果显示在跟踪的准确性和鲁棒性上明显好于当前主流跟踪算法。并使用固定翼无人机进行了实机飞行,验证了算法的可行性。     

摆动喷管控制精度相关问题讨论

对不同性质的喷管特点以及在控制力作用下喷管的响应特性进行了初步分析;以某防空导弹为例,阐述了摆动喷管在非理想状态下摆动时作动器牵连运动、正负摆角不对称、力臂变化、摆心漂移、位移传递系数精度和预调角对摆角控制的影响;同时说明了负载力矩和伺服机构相关参数影响着摆动喷管位置控制精度。     

控制律预测的再入滑翔飞行器轨迹预测算法

针对临近空间再入滑翔飞行器巡航段轨迹预测问题,提出了控制律预测的轨迹预测算法。通过分析和推导轨迹预测中的未知量及研究归纳巡航段的飞行方式和控制律,阐明轨迹预测的可行性;研究了平衡滑翔和跳跃滑翔2类轨迹的判别方法,并在此基础上设计了控制律预测的轨迹预测算法。最后仿真验证了算法的有效性,并研究了跟踪时长和起始点对轨迹预测精度的影响。结果表明该算法针对多种类型的轨迹都具有较高的预测精度;跟踪时长对预测精度影响较大,而跟踪起始点影响较小。     

三架固定翼无人机协同编队飞行避障策略

针对无人机编队执行空战任务过程中存在无人机之间以及无人机与障碍物发生碰撞的问题,提出单向网络连接结构的多无人机避障算法和基于人工势场的控制方法,同时应用于无人机编队避障控制。以三架无人机构成的正三角形编队作为控制体,同时以长机的运动轨迹作为期望路径,长机提供僚机飞行信息,僚机接受信息保持编队飞行。多无人机编队发现障碍物到避障完成的过程包括编队集结、松散队形、最终恢复集结正三角形编队。仿真实验结果表明,所提避障控制策略能够确保编队收敛于期望的队形和稳定飞行状态。     

基于Matlab/Simulink的无人机自主着陆过程仿真

为了研究无人机自主着陆过程中高度、速度和飞行轨迹角的变化特性,以提高无人机自主着陆的安全性和精确性,需要对无人机着陆过程进行数学建模。采用模块化设计思想,根据无人机非线性动力学和运动学方程,在Matlab/Simulink环境下建立了无人机着陆仿真系统及其分系统模型。通过仿真分析,该模型能够比较真实地描述无人机着陆过程的特性,为更深入地无人机仿真研究打下基础。     

多约束条件下无人机航路规划动态评价方法

针对多约束条件的无人机航路规划评价方法缺乏合理性和动态特性的问题,提出了基于无人机六自由度模型的飞行仿真动态评价方法。分析了无人机航路规划的约束条件和影响航路评价的因素,基于某型无人机六自由度飞行动力学模型和飞行控制系统模型建立了无人机飞行仿真系统模型,将航路规划与评价进行有机结合进而进行航路评价方法软件的设计,通过对无人机沿规划航路的仿真飞行参数进行动态特性分析,以更接近真实情况的仿真手段对多约束条件下的航路规划效果进行评价。结果表明,该方法形象直观的实现了对无人机规划航路的动态综合评价,满足工程需求。     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.