低成本的UTRV三维可视化仿真测试系统设计

相对于常规飞行器,倾转旋翼飞行器原本就对飞控系统有着更高的要求,而其无人化后的产品UTRV(无人倾转旋翼飞行器)对此的需要还要更上一层楼.为了满足开发UTRV飞控系统的需要,有必要开发更加方便的飞控系统仿真测试环境.使用现有货架商品构建了一套UTRV三维可视化仿真测试系统.系统内含可调整的UTRV全飞行包线非线性气动模型,用于提供控制律开发和动态仿真;系统可以方便的替换飞控模块程序进行仿真实验,以此验证控制律;同时,仿真实验全程数据以直观的实时三维视觉仿真方式显示,有利于发现飞控系统缺陷.使用货架商品还大大降低了成本,非常适合中小研究所和大学使用.     

容错电子系统体系结构述评

高可靠电子系统(例如飞机的飞行控制系统、全权限数字化发动机控制系统和其它系统)已被引入商用、军用飞机和航天器。早期有代表性的飞控系统,如F16和A320的飞控系统成功地利用冗余和容错电子设备提供所需的可靠性和安全性,但却有着显著不同的结构。本文对容错结构进行分类,介绍了不同容错结构的特征,还指出了各自的优缺点。     

三余度飞控计算机关键技术研究及工程实现

针对小型飞行器飞控计算机可靠性指标要求,介绍了运用余度技术提高其可靠性与容错能力的方法,提出了采用三余度技术保证飞控计算机可靠性的设计方案,通过选择合适的冗余模式,建立了三余度飞控计算机的架构模型,经过详细分析与研究各模块结构,给出了余度策略、同步算法、表决面选取等关键技术工程实现的硬件电路与软件流程,仿真验证与试验结果表明,该方案设计合理,不仅较好地完成了飞控计算机的余度管理任务,而且有效地保证了系统的可靠性与容错能力。     

基于USB HID和nRF24L01+的飞行器无线调试系统

为了通过上位机实时采集飞控数据、在线调试飞行器,设计了一种基于 USB HID和nRF24L01+的无线地面调试系统。系统接收飞控数据,并将数据发送到上位机,用于动态显示飞行器状态和后续研究分析;同时系统可以将上位机的控制信号发送给飞控系统,实现在线调试、上位机控制。测试结果表明,该调试系统成本低、实时性好,满足四旋翼飞行器的开发需要。     

一种新型飞行器管理计算机的设计和实现

围绕新一代先进航空飞行器,对高度综合化飞行器管理计算机的需求,国内外争相开展新型容错计算机的相关技术研究;ARINC 659背板总线因其强实时性、高带宽、抗干扰和容错能力强而著称,现已成为航空电子设备标准背板总线,也已成为模块化、综合化架构航电系统的关键技术;因此,基于ARINC 659总线容错计算机的研制已逐渐成为高可靠航空电子系统研究的热点和重点;提出了基于ARINC 659总线的新型容错计算机构架设计方案、余度管理以及故障实时诊断与隔离等关键技术。     

无人飞行器飞控测试中动力故障自主检测系统设计

针对无人飞行器动力推进装置容易发生故障而造成飞行器发生事故的问题,提出基于ARM微控制器飞行控制平台构建无人飞行器动力故障自主检测系统,介绍了系统设计的组成与总体结构,研究实现了ARM微控制器LPC2148的硬件连接电路,PWM信号发生电路,A/D采样电路及前置放大电路等;对系统硬件平台进行了启动代码等系统底层软件的设计,对自主检测算法进行了研究,建立了系统的启动环境;并通过飞控测试对系统进行了调试,测试中通过PC上的串口软件,设置串口为C0M1,波特率为115200,校验位为NONE,数据位为8,停止位为1,发送和接收均为16进制显示,实验结果表明系统对于无人飞行器动力故障自主检测的准确性与稳定性均有很大提高。     

基于A RM的一种无人航拍旋翼飞行器设计

针对市场上无人航拍旋翼飞行器搭载云台的结构不够理想,控制系统不够完善的问题,提出一种基于ARM的无人航拍旋翼飞行器新方案。该方案的飞行器采用全新“H”形构架,机身共振小,航拍更清晰;采用双飞控处理系统,在一个ARM系统损坏的情况下能自动切换为另一个;提供多种飞行模式,可实施无人操控飞行。     

无人机飞控计算机自动测试软件设计与实现

无人机就是无人自动驾驶的飞行器,不仅轻便灵活,而且重量轻、机动性强,在军事、民用、科技等领域应用广泛。飞行器经历了从最开始的导航与控制系统分离到电动陀螺仪、自动驾驶仪的发展历程,逐渐形成当前的飞控系统。无人机飞控计算机自动测试软件包括无人机远场源系统构成、飞行测试方法、系统人机界面、多层次安全架构和系统性云计算结构等。基于此,浅谈了无人机飞控计算机自动测试软件设计与实现。     

类脑智能技术在无人系统上的应用

随着人工智能与脑科学等前沿技术的迅速发展,无人系统智能化研究正逐渐成为当今世界强国重点关注的战略发展方向,研究与之相关的科学问题具有前瞻性、战略性和带动性.文章首先分析了无人系统的发展需求,提出了面向需求的若干关键问题,包括复杂环境与态势信息的感知与认知问题、整体效能最优的分布式任务决策问题、面向任务需求的路径实时规划问题、考虑高不确定环境的自学习控制问题、应对非预期情况的故障诊断及容错问题以及基于人机接口的人机交互问题;随后,系统阐述了类脑智能技术在解决这些问题上的国内外研究现状;最后,论述了无人系统类脑智能化发展中依然存在的问题及未来发展趋势.     

无人飞行器集群智能调度技术综述

随着飞行器技术的快速发展, 以无人机和卫星为代表的无人飞行器在集群任务中得到广泛应用, 但日益增长的多样化任务需求和不平衡、不充足的任务资源也对无人飞行器集群调度技术提出新的挑战.针对无人飞行器任务类型特点, 分别从无人机群和多星两个角度出发, 介绍了无人机群访问、打击和察打一体化任务调度技术进展, 阐述了多星成像、数传与天地一体化任务调度研究成果.同时, 梳理了无人机群和多星任务调度问题的主要约束与收益指标, 综述了无人机群和多星任务调度常用的智能优化算法.最后, 面向未来无人飞行器技术应用需求, 指出了无人飞行器集群智能调度技术进一步的研究方向.     

近空间高超声速飞行器对控制科学的挑战

本文分别从6个方面讨论高超声速飞行器对控制科学带来的挑战：1）高超声速飞行器强耦合特征,解耦与耦合协调控制的区别与联系;2）高超声速飞行器异类多作动器的协调配合,以及冗余控制输入和一体化设计带来的控制科学问题;3）流体力学与控制的结合,面向控制的建模理论与方法;4）高超声速飞行器中相关的经典非线性、时变、优化与变分问题;5）高超声速飞行器控制过程中的飞行分段与问题分解;6）重视计算机的作用,有效结合计算机仿真解决工程问题．从高超声速飞行器实际需求出发提炼问题并加以解决,不仅对飞行器本身非常重要,而且会推动控制科学的发展．     

多旋翼飞控推进子系统的Coq形式化验证

飞行器需要高可靠的飞行控制系统软件(飞控)来控制其运行.在传统开发模式下,先由人工将领域知识描述为自然语言形式的模型,再根据模型手动编写代码,然后使用软件测试技术来排除软件错误,这种模式由于人工易出错、自然语言存在二义性、测试技术的不完备性,导致难以构建出高可靠的飞控软件.基于形式验证技术的新型软件开发方法可从多方面提高飞控系统的可靠性.使用Coq定理证明器对全权提出的多旋翼飞控推进子系统进行了完整的形式验证,生成了一个可用的高可靠函数式软件库.主要工作有:首先将领域知识整理为具有层次结构以适合进行形式验证的文档,分离了基本函数和复合函数,并提出最简形式函数概念;再根据该文档进行形式化描述,定义常量、变量、基本函数、复合函数、最简形式函数和公理等;其次对各类导出函数的推导正确性建立为引理并予以证明;再次对多旋翼最长悬停时间等实际问题给出了求解算法;最后利用Coq程序抽取功能生成了OCaml语言的函数式软件库.后续将对飞控更多子系统进行基于形式验证的开发,并最终建立完整的经形式化验证的高可靠飞控系统.     

基于故障检测的无人直升机作动器重构控制

提高直升机电传飞控系统的可靠性是保证无人直升机智能化的霞要方面,文中针对单旋翼加尾桨构型无人直升机的作动器故障,研究了倾斜器故障重构控制方法,重点提出了作动器的故障检测方法,运用模型的故障诊断技术,设计了基于倾斜器故障重构控制的无人直升机作动器故障时的重构控制策略,经过试飞证明此方法为作动器故障时的直升机安全飞行提供了一种可行方案,达到了设计目的.     

基于DSP的无人飞行器飞行控制系统设计

根据先进无人飞行器对实时性和小型化的要求,介绍了某型无人飞行器飞行控制系统的总体设计和具体实现方案.本系统以TMS320F2812数字信号处理器为核心,外围扩展了高精度的AD/DA转换器、多串口通道和外部存储器,使系统具有较丰富的硬件资源.软件设计以直接设计方式开发,软件系统载于DSP FLASH中,并给出了相应的飞控软件流程图.整个系统性能优良,可扩展性强,成本低,适用于小型无人飞行器.     

无人战术飞行器的自主控制

阐述了无人战术飞行器的主要特点和性能要求,重点讨论了夫人战术飞行器的自主决策与控制问题。从系统与控制理论的角度提出了无人战术飞行器的自主控制结构;并从拟人思维的实际过程出发,提出了采用分层式智能控制结构解决无人习行器自主决策与控制的技术途径;对环境的辨识、任务的规划以及控制的执行等问题进行研究,给出了一些相应的分析方法。     

固冲动力飞行器控制与动力一体化自由射流试验方法

为验证固冲动力飞行器控制系统与动力系统一体化设计方法、固冲发动机可靠转级等关键技术,提出了一种固冲动力飞行器控制系统与动力系统一体化自由射流试验方法,介绍了试验系统的组成与工作原理,针对试验系统硬件设计中核心的各系统接地设计方法、供电能力与负载特性匹配性分析方法进行了讨论,提出了自由射流试验中各系统的软件工作流程与试验程序;试验结果表明:应用该方法的自由射流试验系统工作稳定,试验中正常模拟了飞行器飞行过程中的大气来流条件,控制系统与动力系统工作正常,固冲发动机可靠转级并按照试验程序正常的进行了推力调节,实时测量了攻角、侧滑角、马赫数等大气数据,可以有效支撑固冲动力飞行器开展关键技术研究与评估.     

双机容错计算机系统的设计与实现

容错计算机系统可实现高任务可靠性,广泛应用于飞控系统。该文对双机容错计算机进行分析,基于心跳线、交叉通道链路实现系统级设计,基于使能、环路器实现了模块级设计。竞争型主从机身份确认算法用于系统启动时的主从机认定,表决算法用于判断数据的有效性并分析系统是否存在故障,同步任务用于在分机间实现状态、任务、时钟     

一类高超声速飞行器自适应容错控制器设计

高超声速飞行器控制系统具有非常突出的强耦合、强非线性、时变的力学特性,在其研究与设计过程中,需要处理高速飞行带来的弹性形变、多输入多输出、气动参数不确定以及高温高热等原因导致的各种传感器故障和部分作动器故障等一系列问题,因此该类飞行器控制系统的研究与设计面临着传统飞行器控制系统研究所未有的困难和挑战.针对高超声速飞行器飞行过程中遇到的部分作动器故障问题,本文提出了非线性观测器与控制器一体化设计的高超声速飞行器自适应反演容错控制方法.首先将飞行器作动器故障模型转换为一类状态不能完全测量,且具有未知参数和未知控制增益的SISO输出反馈非线性最小相位系统,然后,基于改进的K-滤波器理论对状态向量进行重构,在系统只有输出可以测量的情况下,设计了一种新型观测器,确定出收敛的状态向量,设计出强自适应能力的控制器,保证了系统所有信号的有界性.在自适应反演设计时,采用动态面设计方法,引入一阶滤波器,得到虚拟控制量的微分,消除传统反演设计中的"项数膨胀"问题,用Lyapunov稳定性定理保证误差一致有界.仿真实验验证了该算法的有效性.最后以高超声速飞行器纵向通道为例,验证了上述理论.     

飞行器姿态数据获取的新方法及其应用

在战时,主流的INS/GPS组合导航系统可能失去GPS的修正,姿态数据会渐渐出现漂移甚至慢慢发散,从而威胁无人飞行器的飞行安全;因此,实现低成本高稳定性的飞行器姿态余度系统将有重大现实意义;通过工程实践与研究,该文以飞行器纵向通道为例,给出了某小型无人机通过低成本倾角传感器在整个飞行包线内获取稳定可靠姿态数据的新方法;该方法克服了倾角传感器抗振性能极差的缺点,扩展了倾角传感器的应用领域,并且实现了稳定可靠廉价的飞行器姿态余度系统.     

基于安全分区操作系统的容错计算机软件架构

机载计算机的综合化程度越来越高,综合了飞行器的多种任务功能,需要满足不同系统不同余度配置的安全要求。这种高可靠的容错计算机对软件的要求越来越高,为了确保不同系统应用程序在时间上空间上的彼此隔离互不影响,在高安全性的实时操作系统中提出了分区（Partition）的概念。介绍了一种高可靠机载容错计算机的系统结构,以及在INTEGIRTY分区操作系统下容错计算机的软件架构、系统调度、余度管理等