基于滑模扩张干扰观测器的固定翼无人机动态逆控制

为解决存在模型不确定性与外部干扰时的固定翼无人机控制问题,设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器与快速响应动态逆相结合的控制律。在扩张干扰观测器设计的基础上,引入滑模原理设计了一种非线性滑模扩张干扰观测器,对干扰及其变化率进行实时估计;将无人机姿态运动方程分为姿态角慢回路与姿态角速率快回路,依此分别设计动态逆控制律,并基于干扰估计量对未知扰动进行补偿,同时在快回路控制器中加入由快速跟踪微分器(TD)估计的指令值微分量,以提高控制器的响应速度,最后证明了复合控制器的稳定性。仿真实验表明,设计的复合控制器能够对无人机姿态运动进行高效控制。     

自适应串级自抗扰弹性飞翼无人机姿态控制

文中针对飞翼无人机因其宽泛的飞行包线和特殊的布局带来的飞行控制技术难点,给出了一种自适应串级自抗扰飞翼无人机宽包线控制算法。首先,推导了适用于该算法的弹性飞翼无人机的非线性数学模型;其次,分别设计了弹性飞翼无人机的内环和外环自抗扰姿态控制器。自适应自抗扰控制器利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF 抑制补偿残差;不需要无人机精确的模型参数,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真分析显示所设计的自适应自抗扰控制器较好地解决了弹性飞翼无人机从低空低速到高空高速的鲁棒控制,能够克服干扰及气动模态参数大范围摄动的影响。     

基于模糊干扰观测器的无人机自主着陆逆控制器设计

针对具有显著非线性和不确定性的无人机自主着陆系统,提出基于模糊干扰观测器的非线性动态逆的控制方法,用于降低控制器对不确定性的要求。基于时标分离原则,将无人机自主着陆系统分为快回路、慢回路、非常慢回路和极慢回路,通过在快回路、慢回路和非常慢回路设计动态逆控制律使状态解耦,设计直线下滑和指数拉平的着陆轨迹,并在极慢回路进行跟踪。设计基于模糊系统的干扰观测器,以逼近外部干扰和内部不确定性等复合干扰,基于李雅普诺夫理论证明系统稳定性。最后给出了无人机自主着陆轨迹跟踪控制仿真,仿真结果表明设计控制器具有良好鲁棒性,完成无人机在外界干扰下的自主着陆控制。     

基于模型匹配的光电侦察无人机飞行控制器设计方法

无人机在光电侦察领域的应用越来越广泛,设计可靠的飞行控制器是完成侦察任务的必要手段。提出了一种基于模型匹配和遗传算法寻优的以非线性模型为被控对象的飞行控制器设计方法。通过该方法可以实现无人机飞行控制器与飞行仿真模型的一体化快速设计与仿真,与经典的飞行控制器设计方法相比,该方法能够比较快速、便捷地获得所需控制器。建立了包含气动、发动机和环境模型的某型无人机六自由度非线性全量数学模型,然后基于此模型,应用上述方法设计了无人机的飞行控制器,基于有限状态机理论建立了飞行管理模型,设计无人机飞行剖面并实现控制器切换,最后进行了六自由度非线性仿真,验证了所设计控制器的有效性。     

基于动态逆的队形保持控制器设计

研究了无人机之间存在气动耦合的编队飞行系统模型。对模型运用时标分离原则将其划分为快变和慢变两个子系统,并且快变子系统的输出作为慢变子系统的输入参与控制。两个子系统分别用动态逆设计控制器,并在慢回路用干扰观测器补偿逆误差和模型的不确定性。通过仿真说明所设计的紧密队形保持动态逆控制器是非常有效的。     

基于轨迹线性化方法的飞艇姿态控制研究

平流层飞艇在靠浮力升空的过程中,需要对其进行姿态稳定控制.针对飞艇的姿态控制系统的非线性、不确定性和多输入多输出特性,给出了基于轨迹线性化的飞艇姿态控制方法.根据奇异摄动理论,将飞艇姿态系统分成内、外两个回路,依据轨迹线性化方法(TLC)分别设计了内回路控制器和外回路控制器;最后,对所设计的飞艇姿态稳定控制器进行了数字仿真验证.仿真结果表明:即使在控制系统参数存在不确定性的条件下,仍可在所设计的闭环系统中实现飞艇姿态的稳定控制.     

基于自适应逆的无人直升机指令控制器设计

使用动态逆和在线神经网络相结合的方法设计了无人直升机的指令控制器。该方法用无人机的似线性模型的动态逆使系统反馈线性化，然后用一神经网络在线消除逆误差的影响。由于在线神经网络的自适应作用，消除了无人机未建模动态和不确定性的影响。仿真结果表明所设计的控制器具有较好的性能。     

神经网络动态逆在歼击机安全着陆中的控制

给出了基于神经网络动态逆的自适应跟踪控制方法,用以解决飞机着陆过程中的复杂非线性和出现舵机故障的情况.应用神经网络直接对非线性系统故障模型求逆,使得所设计的逆系统能够包含故障信息,克服了传统的控制设计中将过程模型线性化,从而将不可忽视的非线性关系用线性关系代替或忽略的弊端.对由于建模误差、不确定性因素等引起的非线性系统逆误差,通过自组织模糊小脑模型关节控制器(SOFCMAC)神经网络在线进行修正.并在此基础上对3个通道分别设计了参考模型和线性控制器,以实现对伪线性系统进行跟踪控制.通过将这种方法用于某型歼击机在着陆过程中发生平尾卡死故障控制的过程仿真,验证了该方法的可行性.     

广义最小方差自校正控制在某型无人机中的应用

某型无人机主要用于典型空中目标的模拟飞行,需要严格稳定可靠的自主飞行控制,无人机在整个飞行包线中呈现非线性、时变特性,由此在建立其纵向运动数学模型的基础上,设计了无人机的纵向姿态广义最小方差自校正控制器.仿真结果表明,系统具有较强的跟踪能力、抗干扰能力以及抗过程参数变化能力,比常规PID控制系统具有更好的飞行控制性能.     

基于SMC的四旋翼无人机抗风扰研究

四旋翼无人机控制系统复杂、鲁棒性差、易受外界干扰,为了提高四旋翼无人机的控制精度,采取滑模变结构的控制方法。搭建四旋翼无人机的动态数学模型、电机模型和风场扰动模型,借助Matlab搭建SMC控制器,选择适当的参数和消除抖振方法,对四旋翼无人机的高度和姿态进行控制。实验结果证明,SMC控制器具有较好的动态性能和抗扰性。     

微小型无人驾驶直升机建模与仿真分析

首先建立了微小型无人直升机较完整的动力学模型，然后利用参考文献提出的无人驾驶直升机自适应控制器，借助RealFlight模拟飞行软件对动力学模型和自适应控制算法进行了仿真。仿真结果表明，本文所建立的动力学模型与实际直升机的特性基本相符；自适应控制算法较好地控制了无人直升机的运动状态，表明该控制算法完全可以满足无人直升机控制的需要。     

Design and implementation of a robust and nonlinear flight control system for an unmanned helicopter

In this work, we focus on the design and implementation of a robust flight control system for an unmanned helicopter. A comprehensive nonlinear model for an unmanned helicopter system, which is built by our research team at the National University of Singapore, is first presented. A three-layer control architecture is then adopted to construct an automatic flight control system for the aircraft, which includes (1) an inner-loop controller designed using the H_∞ control technique to internally stabilize the aircraft and at the same time yield good robustness properties with respect to external disturbances, (2) a nonlinear outer-loop controller to effectively control the helicopter position and yaw angle in the overall flight envelope, and lastly, (3) a flight-scheduling layer for coordinating flight missions. Design specifications for military rotorcraft set for the US army aviation are utilized throughout the whole process to guarantee a top level performance. The result of actual flight tests shows our design is very successful. The unmanned helicopter system is capable of achieving the desired performance in accordance with the military standard under examination.     

基于神经网络的舰载无人直升机着舰控制研究

介绍了基于神经网络的无人直升机轨迹跟踪控制系统的设计方法。针对无人直升机着舰回收的特殊要求,设计了直升机着舰轨迹,采用动态逆方法设计了直升机自动着舰控制系统,通过自适应神经网络,对动态逆误差进行了补偿,利用Matlab仿真工具箱,对无人直升机自主着舰的全过程进行仿真验证,仿真结果显示,系统符合设计要求。     

抑制武装直升机射击扰动的PID控制

武装直升机机炮武器系统在进行射击时会产生巨大连续不规则的后坐能量,使得武装直升机飞行姿态发生明显变化,进而影响了射击精度.提出了一种用于抑制武装直升机机炮射击扰动的方法,通过建立武装直升机机炮系统的数学模型,分析机炮射击扰动变化的特性;利用满意PID控制理论推导出能够同时满足多个性能指标的控制目标策略集,进而设计出满足...     

基于改进ERFNet的无人直升机着舰环境语义分割

为增强无人直升机对着舰环境的感知理解,促进其安全高效地实现自主着舰,将ERFNet网络模型应用于无人直升机着舰场景语义分割任务中。首先,结合非对称残差模块和弱瓶颈模块对ERFNet网络模型进行改进,提高运行速度、减少精度损失;其次,利用MultiGenCreator和VegaPrime等技术开发无人机自主着舰仿真系统,并建立无人机自主着舰场景数据集;最后,采用PyTorch深度学习框架实现网络模型,采取模型再训练方法对网络进行学习和训练。实验结果表明,所提网络综合优势明显,平均交并比(Mean Intersection over Union,MIOU)达到76.35%,前向传播时间为22.37 ms。     

基于Backstepping的带推力矢量飞艇姿态控制系统设计

推力矢量控制技术可以有效地解决飞艇低速飞行时舵效不足的问题,但其具有很强的非线性特性,加之飞艇体积庞大,易受风干扰,所以经典的控制器难以满足要求。Backstepping是一种基于递推反演的非线性控制方法,特别适用于强非线性及存在不确定性的系统。针对飞艇的六自由度非线性模型,引入Backstepping方法对带推力矢量飞艇设计了姿态控制器并进行了仿真验证,结果表明所设计的非线性控制器具有良好的动态性,实现了对受扰系统的全局镇定和对给定偏航角的渐进跟踪。     

基于MAS的无人机纵向飞行控制

提出一种基于分层递阶多Agent的无人机自主飞行控制系统,并分别利用动态逆和改进型动态逆方法设计了纵向姿态控制Agent.首先建立了带推力矢量的无人机六自由度模型,并在此基础上推导出纵向控制方程;进而结·合奇异摄动理论,将无人机纵向飞行控制系统分成快慢两个回路,并为其分别设计了动态逆控制器和改进型动态逆控制器;最后用设...     

使用World Wind Java技术的无人直升机地面站

为了实现无人直升机地面监控站的三维可视化、三维监控和导航功能,提出一种使用World Wind Java技术嵌入无人直升机地面监控站的方法。首先对无人直升机地面监控站的总框架设计和各个功能模块进行了说明,然后对World Wind Java二次开发技术进行了详细说明,重点分析了如何利用World Wind Java开发套件实现无人直升机地面监控站的三维数据管理、图层访问及控制、航迹显示和规划。最后用实例证明该地面监控站应用程序的可行性,以及它具有的良好的可靠性、可移植性和可扩展性。