高空长航时无人机导航系统研究

以高空长航时无人机为研究背景,从我国国情出发,对捷联惯性导航系统(SlNS)、全球定位系统(GPS)、"北斗"卫星导航系统(BDSNS)和大气数据系统(ADS)在高空长航时无人机导航系统中应用的可行性进行了分析,在此基础上提出基于自适应联邦滤波的SINS/GPS/BDSNS/ADS组合导航系统方案,建立了组合导航系统的状态方程和量测方程,给出了自适应联邦滤波算法,并设计开发了组合导航仿真系统.通过对GPS被关闭或限制使用等典型情况的计算机仿真,表明该系统具有较高的导航精度和良好的可靠性.     

基于PID的小型飞翼无人机控制系统设计

为了实现对小型飞翼无人机的姿态及高度控制,首先对飞翼无人机进行气动布局设计,确定目标飞翼无人机构型后,通过XFLR5获得示例飞翼无人机的相关空气动力学参数,根据非线性六自由度数学模型构建状态空间方程.采用传统PID控制理论,使用从内环到外环的逐层设计方法,对飞翼无人机横纵向目标状态变量进行分通道控制,并对控制结果进行仿...     

一种低速情况下无尾飞翼飞机航向控制方法

无尾飞翼飞机通常使用开裂式阻力方向舵或者嵌入式操纵面来解决其航向控制问题。开裂式阻力方向舵对飞机的航向控制机理与传统方向舵不同,其舵效随舵偏角的变化呈非线性特性,且在较大迎角时会产生操纵反效现象,诱发航向振荡,产生飞行事故。针对此问题,利用CFD方法分析了某小型无尾飞翼飞机开裂式阻力方向舵的操纵特性,提出一种基于迎角反馈的开裂式阻力方向舵预偏差动控制方法,并进行了非线性数值仿真和试飞验证。结果表明:该方法可以改善开裂式阻力方向舵的非线性特性,解决操纵反效问题,增强无尾飞翼飞机低速飞行时的航向控制性能。     

飞翼布局无人机滑跑纠偏控制

针对滑跑纠偏控制律对良好鲁棒性的要求,以及飞翼布局无人机地面滑跑六自由度模型非线性、多变量的特点,提出了基于自抗扰控制理论的无人机非线性滑跑纠偏控制律;由于采用了前轮转向、阻力方向舵和主轮差动刹车联合纠偏,针对控制执行机构纠偏效率在滑跑过程中变化较大,以及阻力方向舵和刹车机构兼具减速和纠偏功能的特点,提出采用加权伪逆法对偏航力矩及阻力控制指令进行动态控制分配。结果表明,自抗扰滑跑纠偏控制律能够能有效观测并补偿跑道环境影响造成的强烈干扰及侧风干扰,加权伪逆法能够对偏航力矩和阻力指令进行动态分配,并使各执行机构使用量处于正常范围以内。     

飞翼布局无人机二阶滑模姿态跟踪鲁棒控制

针对飞翼布局无人机受扰姿态控制问题,提出一种二阶滑模姿态跟踪鲁棒控制方案。基于时标分离特性,将飞翼布局无人机姿态控制系统分为内外回路进行设计。外回路采用自适应二阶终端滑模控制器,利用自适应算法调节切换增益抑制复合干扰对系统性能的影响,同时二阶终端滑模将不连续的符号函数加在控制量的导数上,通过积分得到连续的滑模控制律,从而有效地消除了常规滑模控制器的抖振。内回路采用基于自适应super twisting滑模观测器的积分滑模控制器,设计自适应super twisting滑模观测器以实现对内回路复合干扰的估计和补偿。最后通过控制分配环节将控制力矩分配到舵面上,仿真结果验证了所提方案的有效性。     

长航时无人机关键技术研究进展

为研究长航时无人机发展趋势及面临的技术难题,对长航时无人机的发展现状及关键技术进行了分析与总结.长航时无人机留空时间长,作业覆盖区域广,在高空巡航作业时受天气和大气上下对流的影响小,具备广阔的应用前景.首先以常规动力和新能源动力分类,总结了当前国内外长航时无人机的主要型号,回顾了长航时无人机的发展历程.然后,根据长航时无人机高升力、高升阻比和缓失速气动需求,复合材料大展弦比机翼大柔性特征以及长航时无人机任务环境复杂等特点,总结了长航时无人机发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括高效气动综合设计技术、大展弦比机翼气动弹性分析和主动控制技术、复合材料气动弹性剪裁技术、柔性飞行动力学建模和控制技术以及无人机自主导航技术等.最后,结合国外长航时无人机的发展特点,提出了我国长航时无人机的发展建议.研究表明:常规动力中空长航时无人机得到了比较广泛的应用,但新能源动力长航时无人机多数还处于研究样机研制阶段.续航时间在一周以上的“超长航时”无人机技术成为各航空强国关注的焦点.长航时无人机系统的智能化、协同化和网络安全是未来发展的主要方向.     

基于纵向直接力控制的飞翼布局无人机紊流减缓

飞翼布局无人机在大气紊流中飞行会受到较大的紊流载荷,而受限于自身构型和舵面配置,无法采用传统控制方案进行紊流载荷减缓。分析了飞翼布局无人机的舵面气动特性,提出一种多组舵面配合产生纵向直接控制力的垂直紊流减缓方案,并采用自抗扰控制技术设计了非线性控制器,在线估计系统误差和紊流扰动,并进行补偿控制。仿真结果表明:飞翼布局无人机采用直接力控制方案,并加入该非线性控制器后,能显著减缓在大气紊流中飞行中的法向过载,同时保证姿态和航迹稳定。     

基于terminal滑模与控制分配的飞翼布局无人机姿态控制

对于风场扰动中的飞翼布局无人机,需要考虑模型参数不确定和外界干扰对姿态控制的影响,以及解决操纵面冗余、附加力效应显著、多轴操纵耦合、舵效非线性等特殊问题。采用基于扩张状态观测器的terminal滑模和多目标非线性控制分配对姿态角的跟踪控制问题进行了研究,将扩张状态观测器与基于饱和函数的terminal滑模控制器相结合,在名义滑模控制律的基础上采用扩张状态观测器实现对干扰的估计和补偿,有效提高了系统的鲁棒性和控制精度,并且充分利用冗余操纵面,根据飞行任务需求,实现对多种目标综合权衡的非线性控制分配。     

无人机在燃气管网中的应用

随着科技的发展和无人机技术的成熟,无人机开始在不同行业中推广使用,深圳40周年无人机表演更是让市民为之震撼,无人机应用技术已经发展到相当成熟的地步。无人机在燃气管网应用可以搭载激光甲烷遥测仪和可见光相机对管线进行巡检、数据回传和事件记录。     

垂直起降固定翼飞翼布局无人机过渡飞行纵向稳定性研究

针对由两个主涵道风扇和一个前涵道风扇组成垂直升力部件的垂直起降固定翼飞翼布局无人机,估算出风扇推力和喷流/机翼的诱导气动力,考虑到过渡飞行过程的气动干扰明显和配平控制量变化较大的影响,并且为了防止无人机进入失效陡壁,提出一种预置飞行迎角加速到安全速度后,先关闭主涵道再关闭前涵道风扇的过渡飞行控制策略,分析了无人机平飞速度、涵道风扇入口来流、出口喷流对配平和过渡飞行纵向稳定性的影响,得到了涵道风扇的作用减小了过渡飞行的短周期稳定性、增加了长周期的阻尼的结论.     

飞翼类特殊布局无人机气动力设计研究

文章针对飞翼布局无人机的气动力设计特点,结合某特殊布局方案开展翼型/机翼气动力设计研究。根据文中提出的无尾飞翼布局无人机气动力设计原则,基于CFD方法完成了相应的气动力设计任务。风洞验证试验表明,气动力设计过程所采用的CFD方法是可靠的,文中所采取的设计思路合理有效。文中设计经验表明,合理的设计思路与可靠的CFD分析工具是成功实现气动力设计任务的有力保障。     

无人机舵面柔性铰链片的偏舵原理及结构分析

针对小型无人机的特点，研究发展了一种提高无人机舵面效率的设计概念，即采用柔韧特性良好的复合材料片状结构——舵面柔性铰链片来执行舵面铰链功能，通过铰链片的柱状弯曲来实现舵面的偏转。模型风洞吹风实验结果显示，采用柔性铰链片比定轴铰链其舵面的气动效率提高约40％。文中介绍了舵面柔性铰链片的设计思想，并对其偏舵原理和结构进行了较为详细的分析，建立了一套柔性铰链片结构的工程计算方法。舵面柔性铰链片的设计概念在某型无人机中已经被成功地应用。     

基于全球鹰无人机的机翼油箱输油方案研究

文章针对全球鹰高空长航时飞机设计了机翼油箱的三种输油方案,建立了燃油系统仿真模型.对三种输油方案模型进行了稳态和瞬态仿真,通过对三种机翼油箱输油方案的节点压力、输油流量及供油泵出口压力的比较,分析了不同输油方案的优缺点,该研究对高空长航时类飞机燃油系统的研究具有实用的参考价值.     

某型无人机舵控系统的设计与仿真

基于某型无人机飞行控制地面仿真验证系统的需要,分析了其舵机控制系统各组成部分的原理,利用Simulink工具箱建立了电传舵控系统的数学模型,对转速控制律和位置控制律进行了设计.对带有转速控制回路和未加转速控制回路的舵机控制系统以及加入扰动后的舵机控制系统分别进行了仿真验证.仿真结果表明：所设计的舵机控制系统动态性能及跟踪性能好,抗干扰能力强,能够满足某型无人机飞行控制的要求及飞行控制地面仿真验证系统的需要,为该系统的研究提供了技术保障.     

高超声速飞行器鲁棒舵回路控制器设计

文章针对高超声速飞行器在缺少实际试飞数据的情况下,需要设计鲁棒自动驾驶仪的舵回路控制器来保证飞行器的姿态角控制精度满足超燃冲压发动机的工作条件.根据高超声速飞行器横滚通道的动态特性,针对舵回路的死区间隙等非线性不确定性因素,结合滚动通道数学模型,采用Lyapunov方法设计了横滚通道差动舵的鲁棒控制器.其鲁棒控制律对系统参数不确定性和外界干扰不确定性的补偿控制采用差动舵偏补偿算法,自动补偿不确定因素及舵回路死区、饱和的非线性影响,并完成了其鲁棒指数镇定的证明.最后通过数字仿真验证了文中控制算法的有效性.     

无人机的侦察航路规划

针对无人机(UAV)侦察任务的两个目标：(1)发现尽可能多的目标；(2)获得对所有目标尽可能多的有效侦察时间，提出了一种优化方法，包括航路规划和航路光顺两部分。首先由基于遗传算法(GA)的航路规划器根据选定的任务目标制定出优化航路，然后由航路光顺器对优化航路进行光顺以形成可供无人机飞行的航路。最后给出了仿真结果，初步表明该方法可以有效地提高无人机的侦察任务效率。     

基于风场估测的无人机伞降定点回收研究

针对小型无人机伞降回收特点，设计了用于该系统的定点回收系统。该系统充分考虑工程约束，建立了基于风场扰动的回收模型，确定了相应的控制策略与控制结构，同时建立了相应的回收飞行段导航控制任务规划，对回收航线调整点位置选定、飞行速度控制以及控制指令发送等进行了约束。理论分析及飞行试验结果表明，该系统能够满足定点回收的精度要求。     

基于蚁群算法的无人机任务规划

为了提高无人机(UAV)作战任务的成功率，在执行敌方防御区域内攻击任务前必需规划设计出高效的无人机飞行航路，保证无人机能够以最小的被发现概率及可接受的航程到达目标点。针对这一问题，本文对新近发展的蚁群算法进行了研究，提出适用于航路规划的优化方法，并对无人机的攻击任务航路进行了仿真计算。仿真结果表明该方法是一种有效的航路规划方法。