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.     

翼伞系统在较大风场中的归航控制

翼伞系统是一类特殊的柔翼飞行器,由于其飞行速度较低,容易受到风场的影响.针对翼伞系统在较大风场中难以准确跟踪归航轨迹、实现精确着陆,因此将风场中平均风的影响在轨迹规划中予以考虑,采用一种改进的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化分段归航轨迹;将紊流的影响作为外界的干扰,由线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)进行修正.仿真结果表明,该归航控制方法对提高翼伞系统在较大风场环境下的抗风性能和归航精度有重要意义.     

无人驾驶动力伞飞行控制系统的设计

无人动力翼伞飞行控制系统,由飞行控制中心、传感器系统、机载伺服系统、地面测控系统、电源及整机电缆组成。软件则包括“地面测控软件”和“伞上控制软件”。系统采用PID改进的带盲区的非比例径向归航控制算法,获得较好的控制性能。     

翼伞组提带张力传感器的有限元分析

翼伞在民用、军事、航空领域有广泛的应用,尤其在新冠疫情爆发期间,翼伞在物资投放中发挥了重要的作用。翼伞的组提带张力对其飞行的安全性以及着陆地点的精确性至关重要。为实现翼伞组提带张力的测量,设计一种工字型无线张力传感器结构,可解决现有张力传感器存在的量程不足、会破坏组提带结构等问题。运用SolidWorks设计弹性装配体模型并导入ANSYS Workbench18.0,对其进行静力学分析,选取传感器材料并找到应变片最佳的粘贴位置,对该传感器模型进行静力学仿真和模态分析,分析结果证明该传感器结构的可行性。     

基于FDO非线性预测方法的翼伞航迹跟踪控制

在翼伞系统的状态空间模型的基础上,分析了翼伞的归航轨迹,给出翼伞轨迹跟踪控制问题的数学描述.针对翼伞归航飞行过程中,受到较大的外干扰及不确定性影响,提出基于模糊干扰观测器(FDO)的非线性预测控制策略,设计了翼伞归航系统航迹跟踪控制器.通过仿真试验,表明该飞控系统具有良好鲁棒特性和抗干扰特性.     

大规模空投中的多翼伞一致性控制算法

翼伞大规模空投广泛用于物资运输或救援救灾,可将大量物资或人员依次运输至指定目标位置,通过分析可以看出其控制目标与多智能体一致性控制问题的控制目标高度一致,但翼伞存在强非线性特性,难以通过传统一致性算法实现精确控制和稳定性证明.因此,本文将采用八自由度动力学模型,在充分考虑翼伞非线性动力学特性的基础上,结合自抗扰控制与多...     

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.     

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.     

襟翼偏转翼伞气动性能数值模拟分析

为研究襟翼偏转对翼伞气动性能的影响,对不同襟翼偏转情况分别建立CFD模型,通过有限体积法进行空间离散并求解RANS方程,模拟翼伞在转向与雀降阶段的气动性能,进而结合最小二乘法进行参数辨识,实现翼伞气动模型的修正.模拟结果表明:襟翼偏转会引起翼伞压强分布改变,失速迎角减小,升阻力系数突增,对翼伞气动性能造成复杂的影响;修正的翼伞气动模型可以较好描述翼伞气动性能与襟翼偏转的变化规律,相比传统气动模型有效地提高了计算精度,为翼伞在转向与雀降阶段的精确建模提供参考.     

可控翼伞归航控制软件设计

为了解决航天器定点无损回收着陆及人员物资可控定点空投问题,研制了一种大型可控翼伞归航控制软件.本软件运行于大中型可控翼伞归航控制系统机载归航控制器上,采用分段归航控制算法和模块化软件设计结构,具有自动归航和人工遥控2种飞行模式,可对GPS提供的定位定向数据进行实时解码和运算,并自动输出控制信号操纵翼伞左右伞绳的收紧和放松,从而控制翼伞在指定区域着陆.该软件已经通过了分系统软硬件联合试验的验证.结果表明:该软件可以满足可控翼伞定点归航控制的需要,可广泛应用于精确定点空投及航天器、武器装备和运载火箭助推器定点回收着陆等领域.