飞行器纵向运动回路的变结构控制

本文以某飞行器纵向运动回路作为对象研究了非线性系统的变结构控制问题,给出了该飞行器变结构控制的切换函数和控制规律,并通过仿真验证了该方法的有效性。结果表明,飞行器适应性较强,该设计方法对高性能飞行控制系统的设计有很大实用价值。     

四旋翼飞行器控制系统的设计与实现

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,设计了一种基于位置式比例积分微分(PID)算法的飞行控制系统.该控制系统以MSP430f149处理器为中央处理器,以MPU-6050传感器为惯性测量器件.在搭建的姿态控制平台上,为了实现控制系统的稳定飞行,结合四旋翼飞行器的飞行原理对传感器输出的姿态角进行PID控制,然后将PID控制器的输出信号与电机的基本油门相结合,用以调节4路脉冲宽度调制(PWM)信号占空比的方式来控制电调电路,再由电调驱动电机并控制电机转速.结果表明,俯仰角、横滚角、偏航角的误差均小于1°,验证了PID算法对四旋翼飞行器姿态角控制的有效性,保障了飞行器自稳定控制的鲁棒性.     

变体飞行器传感器故障在线主动容错控制

为保证变体飞行器在传感器故障情况下的稳定飞行性能和良好跟踪效果,提高故障诊断准确度和容错控制能力,针对变体飞行器传感器故障诊断与容错控制问题,提出一种基于考虑属性可靠度的置信规则库(BRB-r)专家系统在线主动容错控制方法。首先,给出变体飞行器的气动参数模型和纵向非线性动力学模型,综合考虑外界扰动和传感器故障,利用最小二乘拟合方法和雅克比线性化方法,建立变体飞行器的切换线性变参数(LPV)故障模型;然后,基于BRB-r专家系统构建变体飞行器传感器故障诊断与容错控制模型,通过统计方法对传感器监测指标进行可靠性分析,并引入证据推理(ER)解析算法,提高故障诊断精度和容错控制效果;最后,利用基于投影算子的协方差矩阵自适应优化策略(P-CMA-ES)算法优化故障诊断与容错控制模型,降低系统的复杂度,提高了故障诊断效率。仿真结果表明,变体飞行器传感器故障诊断精度能够达到98.75%,当传感器故障程度小于50%时,所提方法能够有效克服传感器故障和外界扰动,保证变体飞行器的稳定飞行,具有较强的容错控制能力和鲁棒性能。     

微型四轴飞行器的设计与实现

四轴飞行器是通过调节电机转速来控制运动姿态的典型欠驱动系统,为研究飞行器的姿态控制问题,对飞行控制系统进行了初步设计.硬件部分以STM32单片机为主控芯片,采用MPU6050陀螺仪传感器完成飞行控制系统的选型设计,重点讨论了驱动电路、传感器和通信模块的选型设计.软件部分以PID控制为基础,重点介绍了姿态角检测过程中的四元数变换和卡尔曼滤波环节,这两个步骤保障了所得姿态角的准确性.仿真分析和室内测试显示,该硬件设计性能可靠,其姿态角控制达到了预期效果,对四轴飞行器的设计有借鉴意义.     

基于双目视觉的无人机定位与控制系统

设计实现了一个基于双目视觉的无人机定位与控制系统.系统由四旋翼飞行器、两个Wii Remote传感器、Kinect传感器、凌动处理器等构成.飞行器采用STM32F401为主控,辅以六轴速度和加速度传感器以及超声波传感器实现姿态和高度控制.利用两个Wii Remote传感器以双目视觉的原理即可实现飞行器的三维定位与追踪.Kinect传感器实现对手势姿态的识别.在Intel凌动处理器平台上利用2.4G无线数传与飞行器通信,并利用PID控制器以增强飞行器的鲁棒性.该系统实现了在室内没有GPS信号的情况下对飞行器的精确定位,以及基于手势姿态识别的对四旋翼的智能控制.     

在轨服务飞行器机械臂系统运动规划

为了研究在轨服务飞行器机械臂系统的运动特点,控制和规划其运行轨迹,文中将系统运动守恒模型转化为以关节角速度为控制输入变量的非线性控制系统状态方程,确定以能耗最小为主要目标,同时满足初末位置、角速度等约束条件的多种目标函数,运用实数编码的遗传算法求解最优控制变量.利用机械臂从初始位形运动至指定终端位形的过程为仿真算例,验证了这种规划算法的可行性,同时分析了机械臂系统运动对基座的扰动情况.仿真结果表明,该算法能够用于控制和规划在轨服务飞行器机械臂系统的运行轨迹,为优化OSV的在轨服务操作提供理论参考.     

基于WiFi的微型航拍飞行器设计

近年来,微型飞行器在航拍领域内渐渐兴起。考虑到现有的微型航拍飞行器大多成本较高且实现不易,笔者提出以STM32单片机为控制平台,使用低成本惯导传感器,通过主控单元控制摄像头拍照并存储的设计方案。通过PC和安卓APP控制进行实验验证,证明该飞行器设计方案是切实可行的。     

一种新型四轴搜救飞行器设计

为了解决重大自然灾害的灾后现场搜救问题,本文设计了一种新型的四轴搜救飞行器。该飞行器主要以MSP430单片机为控制核心,包括旋翼电机、姿态检测模块、无线视频传输模块、无线遥控模块等,其中姿态检测由陀螺仪传感器、加速度传感器以及大气压传感器。实验结果验证了该飞行器的有效性,能实现无线遥控以及远程视频传输。     

飞行器气动弹性响应与控制稳定性研究

研究飞行器气动弹性响应与控制稳定性问题．用有限元建立柔性飞行器运动方程，引入气动干扰力和气动控制力．结合控制方程给出受控飞行器的伺服气动弹性动力学方程、用阵风响应分析考核飞行器的气动布局和控制稳定性．     

基于随机森林算法和摩擦起电传感器的人体运动识别研究

人体运动传感器是可穿戴设备、物联网等领域的关键传感器，低成本的聚合物多功能运动传感器有广阔的应用前景。基于摩擦起电原理，聚合物传感器可实现多种运动的感知。通过对传感器结构和电荷转移规律的分析，表明其可有效感知三维直线运动。将传感器固定在测试人员脚踝处，测得跑步和走路等不同运动状态下的输出电压。选择部分电极输出电压的极差和标准差作为特征量，采用随机森林算法对特征量进行分析，研究结果表明该方法对走路和跑步的识别准确率可达98.3%,为该型传感器在可穿戴设备上的应用奠定了基础。     

基于实时操作系统的小型四轴飞行器设计

针对四轴飞行器控制实时性较差的问题,提出了一种利用移植实时操作系统的STM32单片机进行飞行器控制的解决方案. 以32位ARM（Advanced RISC Machines）微控制器STM32F103CB单片机作为飞行器的控制芯片,采用四元数结合PID（proportion,integral&derivative）控制算法并利用RTX（Real-Time eXtension）实时操作系统对四轴飞行器进行姿态控制,同时使用多传感器并发处理技术实现了四轴飞行器的数据采集. 实验表明,本设计实现了四轴飞行器上,控制信号和电池电量数据的双向、快速传输,获取的姿态信息精度高,四轴飞行器姿态角更新更迅速且易操作,提高了飞行器运行的稳定性,具有实时性.     

微型扑翼飞行器虚拟设计与飞行仿真系统开发

介绍微型扑翼飞行器虚拟设计与仿真系统的总体结构和各功能模块的实现。根据拟合的仿生公式进行微扑翼飞行器的仿生学初步设计,进而建立了飞行器的三维结构模型,并根据飞行器的结构与扑翼运动规律进行了运动仿真。由飞行器的几种典型任务确定飞行模式,在建立飞行器动力学模型的基础上进行飞行姿态控制。采用随机分形技术生成具有真实感的地形,由此讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法。     

基于C8051F340的二自由度运动平台

选用单片机C8051F340作为主控制芯片,光栅尺作为位移传感器,搭建成闭环控制系统,克服电机失步的影响。采用改进的逐点比较插补算法控制步进电机自由运动。实验证明,本平台能够以较高的精度平稳运行,实现直线和圆弧运动。     

运动物体变化检测算法研究

运动物体的变化检测,恢复和提取是运动检测中的三个重要环节,本文根据视频监控设备CCD器件成像特征以及帧间差运动变化检测方案,建立了一种利用灰度均值和方差作为判决门限的高斯运动变化检测模型,运动检测实验证明,利用该模型可以相对准确的检测出视频序列图像中的运动变化区域．     

弹性飞行器运动耦合特性分析

本文由弹性飞行器纵向运动扰动方程,研究了刚体姿态运动与弹性振动的典型耦合机理及特点,给出了运动耦合的稳定准则,以及对应于非耦合系统的响应误差估计.并以实例给予了验证.     

高速数字摄影系统

采用高速面阵图像传感器器件配合分幅式高速转镜系统，对高速运动物体或高速物理现象进行摄像，使用高速数据采集和海量存储技术，实时记录高速物体的多点序列图像，根据图像数据处理计算出高速物体的运行状态．     

高超声速滑翔飞行器典型运动分析与模型设计

为了得到合理可行的高超声速滑翔飞行器运动轨迹和目标跟踪预测仿真数据,对滑翔飞行器典型运动进行了分析和模型设计.首先建立简化的飞行器动力学模型,分析了无横向机动的平衡滑翔和恒攻角跳跃滑翔两种纵向运动特点;然后在给定纵向运动条件下对摆动式和转弯式两种横向运动进行了分析,建立了不同横向运动与所需控制量攻角、倾侧角之间的关系模型;最后对设计的轨迹模型进行了仿真.仿真结果表明所设计的轨迹模型是合理的.     

一种新颖的手部运动跟踪系统

目前已有的手部运动跟踪系统大多在一定程度上限制了人体运动自由.基于此,提出一种无线、可穿戴、无障碍的腕关节、指关节运动跟踪系统.在人体每个手指甲上粘贴一轻小永磁体,用以产生标示腕关节、指关节运动的信号;若干磁传感器置于手腕处的电子腕带上,作为标示信号(磁信号)检测器.当腕关节、指关节运动时,永磁体在各传感器所在位置处的合成磁场发生变化,传感器对该磁场信号进行测量,所检测到的磁场信号送入手部姿势估计器,估计器基于系统数学模型计算手部姿势,从而实现对手部运动的跟踪.     

基于滑模控制的六自由度飞行器编队建模与仿真

针对高精度空间飞行器编队要求,对主从式飞行器相对平动和相对转动运动进行建模,用四元数叉乘表示主从航天器的相对姿态,构建航天器的误差动力学方程,进而得到六自由度飞行器编队的非线性动力学模型.基于所得模型,设计了六自由度飞行器编队控制的滑模控制器,使得从飞行器的平动与转动能够跟踪期望的状态轨迹,并基于Lyapunov定理证明该系统为一致渐近稳定.仿真结果表明,该控制器能够保证从飞行器六自由度运动跟踪误差的一致渐近收敛,为空间飞行器在轨服务等飞行器编队实际应用提供了理论参考.     

单翼损坏下的四旋翼飞行控制器设计

针对发生单翼损坏故障时四旋翼飞行器的常规控制失效问题,用反步法设计保证飞行器安全和一般飞行控制的控制器.根据单翼损坏下四旋翼飞行器的旋转与平移运动方程,将控制器划分成内、外环,使用反步法设计这两个环路.内环控制飞行器姿态,外环控制飞行器位置.用反步法设计此种控制器时牺牲飞行器的偏航控制能力,但能实现飞行器一定程度的正常飞行.即能实现飞行器以恒定速度绕其垂直轴转动,机体保持水平同时空间位置不变的近悬停状态,也能通过指令信号实现飞行控制和位置跟踪.经过仿真验证,证实了该控制器对单翼损坏故障下的四旋翼飞行器的飞行控制的有效性,飞行器的稳定性能良好.结果表明,偏航控制能力的丧失不会对四旋翼的安全造成威胁,也不会对飞行器的轨迹跟踪造成较大影响,即保证飞行器能在以恒定速度绕垂直轴转动的情况下进行稳定飞行,同时还能以较快速度跟踪简单的期望轨迹.该研究证实了单翼损坏下的四旋翼飞行器的飞行仍具有可控性.