小型高速无人机控制耦合分析及补偿控制

小型高速无人机横侧向转动惯量很小,在控制方向舵时,会在滚转通道产生较大的滚转角加速度,从而产生剧烈的滚转运动,表现出明显的控制耦合作用,影响小型高速无人机横侧向控制。本文从系统数学模型出发,了解其产生机理,以及其对无人机控制过程的影响。针对其中不可忽视的控制耦合力矩作用,采用 PID 控制方法,设计相应的耦合补偿控制律。仿真验证表明,该耦合补偿控制律能对控制耦合力矩项进行补偿,效果良好。     

无人机自动起飞地面滑跑技术的研究与仿真

针对无人机在自动起飞过程中,地面滑跑阶段的运动特性与空中飞行时不同的情况,通过详细分析无人机的地面转弯受力情况,建立无人机的地面滑跑侧向模型。采用操纵前轮偏转,设计自动起飞侧向控制律,以方向舵为辅助来纠正无人机滑跑过程中出现的侧向偏离,实现无人机地面滑跑侧向控制。并在Matlab/Simulink平台上对其仿真,仿真结果表明所设计的模型可用,控制律效果良好,满足设计要求。     

高超声速飞行器再入段滚转控制及鲁棒性分析

高超声速飞行器再入段保持大迎角下滑过程中, 航向失稳、荷兰滚发散、副翼操纵反效, 为保证大迎角再入段飞行安全需要研究大迎角下滚转控制。针对大迎角下副翼操纵反效问题, 提出了“改善LCDP的副翼控制滚转”与“方向舵控制滚转”两种控制策略, 并利用结构奇异值快速分析两种滚转控制策略的鲁棒性, 最后通过仿真对比两种滚转控制策略的控制品质与鲁棒性。仿真结果表明, 标称状态下两种滚转控制策略均能完成滚转控制, 但在考虑气动参数摄动情况下, 方向舵控制滚转的鲁棒性明显优越于改善LCDP的副翼控制滚转。     

基于反步法的四旋翼无人机自适应控制研究

文中设计了基于反步法的自适应控制器,来解决无人机在外界干扰情况下的姿态和位置控制稳定性问题.针对"X"型无人机进行动力学建模,将其转换为具有外界干扰的严反馈形式.将系统分为位置子系统和姿态子系统,结合反步控制,运用Lyapunov函数递推出使系统稳定的自适应律和各通道的控制律,再通过推出的通道控制律反解出期望的姿态角,...     

结构自适应反步容错控制器设计

基于一类由状态空间描述的非线性系统固有的结构级联特性,在飞行器发生卡死故障的情况下,设计了基本控制律加补偿控制律的控制器结构形式,补偿故障对系统性能造成的影响。提出了确保对参考模型精确跟踪的控制器结构和条件。控制器的基本控制律部分是利用系统的结构特性设计反步(backstepping)控制律,系统发生未知卡死故障时,利用实际对象和参考模型之间的误差,更新控制器的故障补偿部分。控制器同时保证了闭环系统的稳定性和参考模型状态跟踪误差渐近性。仿真结果表明了该控制律对给定参考模型跟踪的有效性。     

飞翼无人机蛇形机动鲁棒飞行控制设计

针对样例飞翼布局无人机航向不稳定并且拥有多组气动操纵面的特点,首先利用神经网络建立无人机逆模型,实现控制指令到多舵面之间的映射。在此基础上从滚转通道和偏航通道分析了蛇形机动控制原理,设计了基于线性最优二次型鲁棒控制和PI控制相结合的蛇形机动控制律,在实现滚转角和航迹角快速响应的同时快速消除侧滑角。从仿真结果来看,该控制律能够有效抵御外界干扰,维持系统的响应品质,保证控制的稳定性和鲁棒性。     

多旋翼无人机执行机构故障重构技术研究

多旋翼无人机应用中一旦发生执行机构故障,将会危及无人机、地面人员与周围环境的安全。研究多旋翼无人机的执行机构故障重构技术有利于对其实施容错控制,提高运行的安全性和可靠性。首先对多旋翼无人机执行机构故障进行分类,建模分析了执行机构卡死和失效两类故障,建立了故障下六旋翼无人机的数学模型,然后分别设计基于自适应观测器的故障重构方法。通过选取合适的自适应律,自动调节非线性观测器的参数,实现对故障信息的精确重构。仿真结果证明了故障重构方法的准确性。     

小型无人机航路规划及自主导航算法研究

为了实现无人机自主导航功能,定义了以发射点为坐标原点的地理导航坐标系,给出由WGS-84坐标系到导航坐标系的具体转换公式;设计了航路中的航点结构,利用GPS接收机输出数据对无人机的位置进行两点式实时推算,对无人机在直线航路段和转弯段的判断和侧偏距进行了详细讨论,避免了超越函数的计算;利用比例-微分导航控制律求得无人机的滚转角,通过飞控系统控制无人机副翼舵机,修正飞行航迹,达到消除侧偏距的目的。这些方法和措施提高了小型无人机的自主导航控制精度和稳定性,使小型无人机具有较好的飞行品质。     

十字翼布局无人机悬停阶段控制律设计

在建立十字翼布局无人机运动的数学模型的基础上,分析其飞行品质特性.根据该无人机对飞行品质和控制性能的要求,完成十字翼布局无人机在悬停阶段的PID控制律设计;在Matlab Simulink环境下设计了十字翼布局无人机非线性仿真程序,验证所设计的控制律的有效性.仿真结果表明PID控制律能有效的控制十字翼布局无人机悬停阶段的姿态角和高度.     

基于滚转角速率的无人机横侧向控制律设计

针对某小型样例无人机横侧向转动惯量小、副翼效率高等特点,设计了以滚转角速率为内回路的滚转角、航迹角和航迹跟踪控制律。根据各控制指标与性能加权矩阵Q、控制加权矩阵R的关系,确定了Q阵和R阵,应用鲁棒伺服LQR优化方法,给出了滚转角控制律参数。与常规的滚转角控制器比较表明,以滚转角速率为主控变量的控制器抗干扰能力强,满足样例无人机横侧向控制的要求。     

基于VC＋＋的模拟舵机系统设计

在无人机半物理仿真实验中,为了节约实验成本,提出用模拟舵机系统代替真实舵机的方法。基于VC＋＋设计了模拟舵机系统。在半物理仿真系统中连入模拟舵机,并用该系统模拟副翼、升降舵、油门的舵机。通过实验验证了该模拟舵机系统的有效性。实验结果表明,该模拟舵机系统具有实时性好,可模拟多种舵机的特点。     

基于脉宽调制的反作用控制系统技术

反作用控制系统(RCS)技术是高超声速飞行器再入初期主要的姿态控制手段,与常规舵面操纵相比,RCS输出为一离散力矩,这给连续系统控制带来困难。基于RCS的离散工作特性,采用脉宽调制(PWM)技术设计控制器。首先把RCS当作连续力矩输出,在连续系统控制下进行姿态反馈律设计。然后再根据脉宽调制算法把连续的控制量调制成离散控制量,控制RCS开启状态和开启时间。并根据离散控制理论分析了PWM控制器的稳定性。仿真结果表明,PWM控制器能够保证控制的稳定性和±1°姿态控制精确度,并较好地实现RCS对飞行器姿态运动的控制。     

Translational rotational motion compensation: a single algorithm for different radar maging applications

A single algorithm for various radar imaging applications is presented. The idea behind the proposed approach is that any motion between radar and target can always be modelled as a composition of translational and rotational components. Novel techniques to estimate and compensate these two motion components are discussed and also validated by application to real radar data for different targets (ships, aircraft, ground). By the translational-rotational-motion-compensation algorithm, good results can be achieved, especially in cases characterised by evident variation of the rotation rate during the coherent processing time for imaging. This usually happens in aircraft, ship or ground mover inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging as well as in squinted or for.ward-looking SAR. In any case, the efficiency and the accuracy of the algorithm presented for translational motion compensation might be the initial step of alternative radar imaging processing. The simplicity of the proposed algorithms makes them suitable and convenient for real-time application even for compact and low-weight radar systems to be fitted on board unmanned aerial vehicles (UAV) or other airborne platforms. The proposed concept is the result of the authors' decennial experience devoted to achieve a single, simple, robust, reliable and efficient signal processing algorithm for several real-time radar imaging applications.     

采用改进细菌觅食优化算法的无人机航迹规划

针对现有的无人机航迹规划方法收敛速度较慢、效率不高、易陷入局部最优等问题,构建了基于改进细菌觅食优化算法的无人机航迹规划结构,从三个方面改进算法:一是将固定步长改为自适应步长;二是游动时嵌入粒子群算法学习因子思想;三是将固定迁徙概率改为自适应迁徙概率.同时,提出了飞行代价目标函数,通过函数寻优进行无人机航迹规划,并由数字高程数据建立三维环境,对比基本细菌觅食优化算法和粒子群算法进行仿真.结果表明,基于改进细菌觅食优化算法优化的无人机航迹规划结构具有路径长度更短、路径更平滑和收敛速度更快的特点.     

无人机自主降落过程视觉定位方法研究

为了充分利用连续视觉图像中3维空间信息, 解决无人机自主降落过程中的定位问题, 在稠密3维点云法和光流法定位原理的基础上, 提出了基于同物不同时图像像空间的定位方法。以理论推算、图形注释等方式, 通过求解单个像素点和整个图像移动变化情况, 将连续帧图像的形变、量变信息分解为无人机和参照物的空间相对运动信息, 并结合已知的参照物运动参量, 推算了无人机飞行位姿信息, 完成了无人机基于光学视觉图像的空间定位方法研究。结果表明, 该研究为视觉系统在无人机降落回收过程中独立实现空间定位提供了一定的借鉴和参考。     

多旋翼无人机载SAR视线向运动误差补偿方法

多旋翼无人机载合成孔径雷达(SAR)相较于传统的固定翼机载SAR具有轻便易携带、使用方便等优点,然而它也更易受气流扰动影响,误差空变性更强,这对运动补偿提出了很高的要求.本文建立了调频连续波体制下加入视线向误差后的SAR信号模型,推导了调频连续波体制下正侧视SAR的两步运动补偿法,指出了该方法以及其改进方法运用在多旋翼...     

An algorithm for refinement of the position of a light UAV on the basis of Kalman filtering of bearing measurements

The problem of determination of the coordinates of a light unmanned aerial vehicle (UAV) from bearing measurements of the observed object with known coordinates is considered. This type of problems arises when the UAV performs a reconnaissance mission during which application of active measurement methods is impossible. To refine the UAV coordinates, binding to ground reference points (a network of radar towers taking the UAV bearing and transmitting the bearing data to the UAV at a certain prefixed frequency) is used. In this paper, a 2D case, namely, plane motion of the UAV at a constant altitude is considered.     

Deadlock Avoidance in Store-and-Forward Networks--I: Store-and-Forward Deadlock

Store-and-forward deadlock in store-and-forward networks may be avoided by forwarding messages from buffer to buffer in accordance with a loop-free directed buffer graph which accommodates all the desired message routes. Schemes for designing such buffer graphs are presented, together with methods for using them to forward the messages in an efficient and deadlock-free manner. These methods can be implemented by a set of counters at each node. Such an implementation increases the efficiency of buffer use, and simplifies jumping between normal lowoverhead operation when deadlock is far and more careful operation when deadlock is near. The proposed deadlock avoidance mechanism works for any network topology and any finite routing algorithm.