翼伞系统动力学建模与分段归航设计

翼伞回收系统具有精确、定点、无损等特点,已成为当前回收领域的一个研究热点,首先建立了含附加质量的翼伞系统的六自由度动力学模型,然后将其带入翼伞系统的动力学方程中得到了运动轨迹以及三个姿态角随不同操纵方式变化的时间曲线,对翼伞系统的基本运动特性进行了分析。其次采用分段归航策略对翼伞系统的轨迹规划进行了设计,并利用遗传算法对参数进行了迭代求解,得到的参数满足定点以及逆风雀降着陆的要求。最后将新型分段归航方案与传统分段归航方案进行了对比,仿真结果表明,新型分段归航方案在能量控制以及稳定性方面表现更优。     

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.     

未知风场条件下翼伞系统自适应归航算法研究

针对翼伞系统在未知风场条件和障碍区域内难以保证着陆精度的问题,提出了翼伞系统航迹在线规划方法.在建立翼伞系统六自由度(6DOF)动力学模型的基础上,改进了经典分段归航控制方案,设计了自适应航迹规划算法,得到了低能耗、短航时的航迹规划结果.设计了PD控制器以仿真验证算法的有效性,仿真结果表明:提出的算法满足精确空投任务要求.     

复杂环境翼伞气动性能建模仿真研究北大核心CSCD

翼伞飞行环境复杂多变,常存在阵风与降雨干扰,对翼伞气动性能产生动态影响,造成系统失衡。传统模型忽视翼伞力矩失衡产生的俯仰运动,分析结果误差较大。针对时刻变化的流场环境与翼伞姿态,可借助CFD软件,通过网格速度模拟阵风、离散相模拟降雨、动网格模拟俯仰运动,对非定常Euler方程空间离散求解,得到阵风与降雨对翼伞气动性能的单独影响与耦合影响。利用修正后的翼伞模型进行仿真,结果表明,上述模型能较好描述翼伞气动性能在复杂环境中的变化规律,为翼伞精确建模与归航优化控制提供了参考。     

翼伞自主归航控制系统设计

设计一种用于翼伞空投系统上的控制系统。采用ARM控制器作为核心控制元件,为操纵绳电机设计驱动电路。针对经典PID控制过程中存在的缺陷,结合翼伞系统飞行特点,提出基于LADRC 控制理论设计控制算法,并利用MATLAB仿真软件对该算法的正确性进行验证,以及介绍控制系统的软件工作流程。     

翼伞系统最优归航轨迹设计的敏感度分析方法

本文对三自由度翼伞系统归航轨迹优化问题进行了研究,采用控制变量参数化与时间尺度变换相结合的优化算法对翼伞系统的最优控制问题进行数值求解.该方法是基于灵敏度分析的优化算法,将控制量以及控制量转换时间转化为一系列参数优化问题同时进行求解.仿真结果表明,相对于基于两端边值优化算法而言,灵敏度分析法只需要正向积分进行求解,因而具有计算简单、耗时短等优点,其控制效果良好,距离偏差和方向偏差均满足实际需求,有效地提高了翼伞系统的着陆精度,验证了该优化算法的可行性.     

基于Serret-Frenet坐标系的翼伞系统轨迹跟踪控制

基于翼伞系统归航轨迹的特点,采用Serret-Frenet坐标系表示距离“平衡”轨迹的偏差,得到线性时不变的误差运动方程．由此误差方程可以得到控制量与轨迹偏差之间的传递函数,直接进行轨迹控制器的设计．对于控制器输入所需的轨迹偏差和偏差率可以采用解析的方法近似求解,极大地简化了计算．整个设计流程简单明了,采用PD控制器进行轨迹跟踪的算例表明此套方法的有效性．     

基于模糊控制与预测控制切换的翼伞系统航迹跟踪控制

以翼伞系统的六自由度模型为基础,针对翼伞系统的平面航迹跟踪问题,对已有的预测控制器进行改进,提出模糊控制和广义预测控制相互切换的控制模式．利用横向轨迹误差法,在翼伞偏航角误差较大的情况下,采用模糊控制,直至偏航角误差达到设定的较小范围内,切换为广义预测控制,对翼伞航迹进行精确的制导,在一定程度上减少了处理器的运算量．采用真实的翼伞参数建立仿真模型,结果验证了这一控制方法的有效性．     

一种优化的移动机器人ALV视觉归航算法

针对移动机器人平均路标向量（ALV）的算法性能受自然路标影响较大的问题,提出了一种优化算法．在利用图像特征检测与匹配手段,如SIFT（尺度不变特征变换）、SURF（加速鲁棒特征）等,来获得自然路标的前提下,优化算法首先对原始的ALV算法进行了过程拆解,获得归航子向量;然后利用统计学理论对归航子向量的贡献度进行调整,并剔除误匹配路标;最后将带有权值信息的归航子向量重新整合,获得指向目标位置的归航向量．实验表明,优化的ALV算法有效地提高了自然路标的整体精度,保证了路标的对应性,从而提高了ALV算法的准确性,使机器人可以以更理想的轨迹自主地到达目标位置．     

采用固定时间观测器的翼伞控制方法与应用

针对翼伞–火箭一子级柔性结构系统的控制难题,提出了一种采用固定时间观测器的改进矢量场轨迹跟踪控制方法.首先,设计了在线风场估计方法对未知风场进行了估计;其次,为了保证该控制系统在气动参数不确定、子系统铰连耦合等因素影响下的快速稳定性,提出了一种固定时间干扰观测器用来估计无需知道干扰上边界的复合干扰,并用于补偿控制系统的输入;然后,设计了一个同时保证侧偏距、偏航角以及偏航角速率稳定的横侧向控制器,并利用Lyapunov理论证明了闭环翼伞控制系统的收敛特性.最后,通过数值仿真及硬件在环实验验证了所提出方法的有效性及应用价值.     

In-flight wind identification and soft landing control for autonomous unmanned powered parafoils

For autonomous unmanned powered parafoil, the ability to perform a final flare manoeuvre against the wind direction can allow a considerable reduction of horizontal and vertical velocities at impact, enabling a soft landing for a safe delivery of sensible loads; the lack of knowledge about the surface-layer winds will result in messing up terminal flare manoeuvre. Moreover, unknown or erroneous winds can also prevent the parafoil system from reaching the target area. To realize accurate trajectory tracking and terminal soft landing in the unknown wind environment, an efficient in-flight wind identification method merely using Global Positioning System (GPS) data and recursive least square method is proposed to online identify the variable wind information. Furthermore, a novel linear extended state observation filter is proposed to filter the groundspeed of the powered parafoil system calculated by the GPS information to provide a best estimation of the present wind during flight. Simulation experiments and real airdrop tests demonstrate the great ability of this method to in-flight identify the variable wind field, and it can benefit the powered parafoil system to fulfil accurate tracking control and a soft landing in the unknown wind field with high landing accuracy and strong wind-resistance ability.     

基于风洞试验的组合翼伞气动特性研究

以组合翼伞气动特性为研究对象,通过开展8 m×6 m直流开口式风洞试验对组合翼伞气动特性开展试验研究。对组合翼伞进行风洞试验气动特性研究,通过光测系统获取稳定状态下组合翼伞实际迎角,六分量天平测试系统获取气动力(矩),得到不同迎角下组合翼伞的气动力(矩)数据。通过本次试验探索柔性翼伞风洞试验方法,积累组合翼伞真实试验气动数据,研究组合翼伞气动特性,为超大型翼伞仿真和设计提供理论支撑。     

鱼雷声自导检测目标过程的建模与实时仿真

在研究某型声自导鱼雷自导弹道仿真时，对鱼雷声自导检测目标的过程进行建模与仿真：应用牛顿迭代法求解自导作用距离，给出了迭代初值的域及选取原则；考虑声线传播受特定海域海水盐、温、压力梯度等因素影响，采用折线近似法计算自导接收声束空间范围。依此进行仿真建模，利用WISE仿真软件及Visual C 编制仿真应用程序，并利用Vega视景仿真软件实现弹道仿真数据的三维町视化。结果表明上述方法在鱼雷声自导弹道实时仿真中是可行和有效的。     

基于VXI总线的鱼雷声自导系统仿真信号源设计

仿真信号源模拟鱼雷声呐基阵接收到的目标回波,是检测声自导系统性能的有效工具;介绍了鱼雷声自导系统仿真信号源的工作原理,给出了仿真信号源系统的总体设计方案,详细讨论了系统中VXI总线接口和信号源模块的硬件设计方案,最后对仿真信号源系统的软件设计进行了分析;仿真信号源的开发成功,为我国鱼雷声自导系统的研制提供了.必要的技术条件,对改善声自导系统的制导能力,提升鱼雷的作战效能有着极其重要的作用.     

基于DSP的水下制导武器检测平台设计

根据水下制导武器工作原理和水声学原理研制了一种水下制导武器检测平台,它模拟制导武器基阵接收信号,用以检测制导武器对目标的检测和估计性能;该系统使用ADSP21160构成阵列处理器系统,采用全数字方式产生噪声、目标回波和混响,既可以在主控机控制下工作,也可在制导武器控制下工作;实验证明,该平台方案可行,设计正确,并且使用灵活,方便,可作为一种通用的水下制导武器检测设备.     

基于LabVIEW的水下航行器制导系统建模与仿真

要在整合实际物力模块的仿真中更完美地利用LabVIEW对硬件支持的强大能力,最佳的解决方案必然是在纯Lab-VIEW环境下构筑完整的仿真模型。针对完全独立使用LabVIEW进行水下航行器制导系统仿真研究面临的动态系统建模和求解困难,提出了基于LabVIEW仿真模组建立和解算动态数学模型的方法。以水平面声自导系统采用自动调整提前角导引算法的制导仿真为例,给出了制导系统的数学模型,并详尽叙述了仿真系统的LabVIEW实现步骤,并给出了主要的仿真结果。结果表明,所述仿真方法简易可行,为可扩展的半物理仿真提供了有力的软件保障。