微小型无人直升机动力学建模与仿真

无人直升机动力学建模一直是国内外无人直升机系统研究的重点和难点,对微小型无人直升机动力学建模方法进行了描述。在进行动力学建模时,力求在保持无人直升机动力学特性的基础上采用最小复杂度的模型,并采用simulink工具简化模型开发过程。最后给出了相应的仿真算例,计算结果表明,通过该方法建立的动力学模型可以很方便的用于飞控系统设计。     

旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型与实验研究北大核心CSCD

以转旋型无人直升机为研究对象,文中对其飞行动力学进行了数学建模,针对主尾桨、旋翼、机身、垂尾以及平尾创建气动力学模型,根据各部件力矩及气动力,通过微分方程模拟运算机体运动姿态,实现对旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型的创建。把飞行控制系统、遥控遥测软件、后台模型解算、前台仿真控制台集成为一个完整的闭环系统,降低仿真系统复杂性,提高仿真有效性。在进行旋翼型无人直升机起飞、航路飞行、着陆仿真试验时,旋翼型无人直升机在飞行过程中侧偏较小,实际飞行航线基本覆盖给定航路。这表明该文对旋翼型无人直升机非线性动力模型具有较高的置信度,这对控制律设计、仿真验证比较适合,仿真系统实时性达到预期效果。     

一种基于STM32的航模直升机飞控系统设计

介绍了一种以STM32微控制器为核心,基于多传感器检测和自适应PID算法的航模直升机飞行控制系统的设计方案。在分析了航模直升机的操作系统结构的基础上,建立了航模直升机在悬停和低速飞行时的动力学模型。并在该动力学模型的基础上设计了姿态控制、航向控制。最后通过对仿真数据和试飞数据的对比分析,表明系统设计的正确性和可行性。     

一种基于STM32的航模机飞控系统设计

摘要：介绍了一种以STM32微控制器为核心,基于多传感器检测和自适应PID算法的航模直升机飞行控制系统的设计方案。在分析了航模直升机的操作系统结构的基础上,建立了航模直升机在悬停和低速飞行时的动力学模型。并在该动力学模型的基础上设计了姿态控制、航向控制。最后通过对仿真数据和试飞数据的对比分析,表明系统设计的正确性和可行性。     

基于改进fal函数的无人直升机姿态自抗扰研究

为提高无人直升机的姿态控制能力,针对fal函数拐点处不平滑易引起系统抖振、误差较大时系统增益较大等问题,提出一种改进fal函数,改写非线性误差反馈律,并重新应用于自抗扰控制中得到改进ADRC算法.基于已建立的无人直升机动力学模型,通过Matlab/Simulink进行姿态角跟踪以及在白噪声和阶跃干扰下的抗干扰仿真.仿真...     

无人直升机大屏幕多通道视景飞行仿真技术

为了更好地演示无人直升机飞行控制的仿真效果,开发了无人直升机飞行控制多通道视景仿真平台,该平台使用3个通道在弧形大屏幕上演示仿真效果。软件部分使用Visual C++6.0编程,利用Creator软件建立无人直升机三维模型和飞行场景,采用Vega软件实现动画显示效果。硬件部分由3台计算机、3台投影仪和2个控制杆组成,实现多通道视景仿真数据的传输及同步,以及三通道视锥配置,并实现三通道渲染场景的无缝拼接。通过无人直升机在此平台上的飞行仿真证明,该多通道视景仿真系统比传统视景系统的显示效果更为突出。     

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。     

无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现

针对无人直升机控制器严重非线性、强耦合的控制问题,该文基于亚拓600系列无人直升机动力学模型,设计一种改进的二阶线性自抗扰控制器。先将跟踪微分器添加到线性扩张状态观测器中,并估计影响输出结果的干扰;其次改进控制器结构与反馈补偿系数,同时针对传统仿真系统难以适应飞行控制器仿真需要的问题,完成对包括飞行控制器、视景平台的升级改进,并针对飞行控制器和视景仿真平台之间的通信交互机制进行了详细设计,使之完全等效于实际飞行场景。仿真结果表明,该系统飞行控制模块能够快速响应所输入的指令,并能够按设定的角度位置进行飞行,三维视景中直观显示所设计的控制器对于无人直升机的姿态位置有较好的控制效果。     

无人直升机自主着舰的航线生成与跟踪控制

为实现无人直升机自主返航着舰,根据无人直升机与舰船的位置信息,设计了一种无人直升机自主生成返航航线的方法,并将生成的参考航线离散成路径点,每个路径点都包含了无人机直升机着舰返航要求达到的位置和速度信息。采用视线引导的方法设计了无人直升机制导律,内回路采用基于显模型跟踪与PID相结合的方法,实现了无人直升机对轨迹与速度的跟踪控制。数值仿真表明所设计的系统具有良好的性能。     

改进滑模控制器在无人直升机控制系统中的应用

无人直升机作为一种特殊的无人飞行器,有着相当广阔的应用前景。由于无人直升机是一个多变量的非线性控制系统,并且存在诸多不确定性,也是目前研究的难点。在建立无人直升机数学控制模型的基础上,首先设计了一般滑模变结构控制器,并针对一般滑模控制器所产生的抖振现象,设计了基于趋近律的滑模控制器,最后进行了仿真对比实验。实验结果表明,该控制器在总距俯仰角控制方面较其他控制器有更好的跟踪效果,且很好地消除了抖振,从而确保了滑动模态的动态品质。     

DI/QFT控制器在四旋翼无人直升机飞行控制中的应用

首先建立了四旋翼无人机的非线性数学模型.然后针对该无人机数学模型的不确定性和非线性,采用动态逆(DI)和定量反馈理论(QFT)相结合的方法设计了该无人机姿态回路的鲁棒控制器.应用动态逆方法处理对象的非线性,将系统等效为一个解耦但存在不确定性的线性对象.鉴于动态逆控制在气动参数摄动的情况下不能满足控制要求的事实,设计了QFT控制器,QFT控制器能克服对象的参数不确定性,保障系统的鲁棒性.仿真结果表明,在气动数据变化±20%的范围内,DI/QFT控制器实现了对姿态角的精确控制.     

基于FlightGear的直升机可视化飞行仿真系统设计

飞行仿真是直升机控制系统研究中必不可少的一个环节.在VC6.0平台下建立了直升机非线性六自由度动力学模型,飞行控制律和飞行指令遥控台,使用串口使三者进行数据传输;同时借助FlightGear模拟器外部数据的输入/输出接口,将飞行仿真数据通过UDP网络传输,驱动FlightGear可视化引擎,实现飞行仿真中天气条件、飞行姿态和地理环境的三维可视化显示.飞行指令遥控台、飞行控制律、直升机动力学模型及视觉仿真软件这四者构成了一个完整的可视化仿真系统,实现对直升机的总体结构和飞行情况直观形象的显示,从飞机的姿态、位置、轨迹变化中发现存在的问题,对控制策略的设计验证和改善提供一定的帮助.     

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.     

无人旋翼机转弯飞行导航控制研究

研究某自转旋翼机转弯飞行控制策略。分析了自转旋翼机不同于直升机的操纵特性及其在转弯过程中纵横向耦合关系;将无人旋翼机定高度盘旋导航分为高度导航和平面导航两部分,在高度导航部分,分析了发动机推力与旋翼拉力之间的关系,设计了高度控制回路;在平面导航部分,详细阐述了该无人旋翼机在圆弧航迹各航点的飞行特征,给出了速度控制策略,并针对该无人旋翼机受扰动偏离航迹问题,设计了侧偏修正方案;最后,在姿态稳定控制回路的基础上将高度与速度控制回路进行整合,然后详细阐述了盘旋飞行导航策略。通过半物理仿真试验,验证了导航思想的可行性和控制策略的有效性。     

Nonlinear adaptive aggressive control using recurrent neural networks for a small scale helicopter

This paper presents a nonlinear adaptive aggressive controller to provide the small scale helicopter with full authority of a variety of flight conditions. Adaptive backstepping technique is employed to systematically synthesize the proposed controller with the online parameter adaptation rule to the vehicle mass variations and with the recurrent neural network (RNN) approximation to the coupling effect between the force and moment controls. This single and systematic design methodology is shown to achieve the semi-global ultimate boundedness of the closed-loop helicopter dynamics and accommodate the aggressive control of flight maneuvers from hovering to trajectory tracking. The high-fidelity and well-validated nonlinear model of a small scale helicopter incorporating with unmodeled dynamics and measurement uncertainties is adopted in the numerical simulations. The performance and merits of the proposed controller are exemplified by conducting three simulation scenarios including the slalom maneuver described in the ADS33.     

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。     

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。     

Fuzzy Multi-model Switching H-Infinity Control for Helicopters in a Full Envelope

This paper presents a fuzzy multi-model switching H-infinity control law for a helicopter in a full envelope. The space of the nonlinear model for a helicopter is partitioned to some sub-spaces of the multiple linearized models using the fuzzy set theory. We use the genetic algorithm to design a local H-infinity controller for each linearized model of the helicopter at the different equilibrium point. The fuzzy logic strategy can handle smoothly the controller switching of the linearized models of the helicopter. The flight controller for the helicopter is synthesized using the proposed control law design technique. The simulation and performance evaluation show that the designed helicopter flight control can guarantee the smooth switching of control laws of the helicopter.