多螺旋桨太阳能无人机俯仰控制方法研究

在太阳能无人机飞行俯仰控制的研究中,为更好地满足太阳能无人机长航时的飞行要求,提出一种采用由多螺旋桨差动推力产生俯仰力矩从而达到俯仰控制效果的新型控制方法。太阳能无人机机翼的柔性结构特点造成飞行过程中螺旋桨产生纵向位移,为多螺旋桨差动控制提供了基础。由于多螺旋桨是过操纵机构,引入加权伪逆方法对多螺旋桨输入冗余进行控制分配,并与传统的升降舵LQR控制方法进行对比分析。仿真结果表明,多螺旋桨差动推力俯仰控制方法能达到良好的控制效果,且比传统升降舵控制更符合太阳能无人机飞行特点和可靠性要求,为太阳能无人机实现无气动舵面飞行控制提供了理论依据。  

太阳能无人机控制律设计

在地面太阳辐射计算模型基础上引入大气透明率,建立了用于太阳能无人机的随高度变化的辐射模型,并对赤纬角的计算做了修正,使之更为简洁;结合太阳能无人机能源约束等特点,从能量转化角度设计控制器:由剩余能量控制高度变化率,由电机功率差值控制螺旋桨差动实现平面内转弯;避免了传统的控制方法带来的控制指令超出能量所能提供的范围或超出机体结构强度的负荷等不合理现象,得到了更为直观的控制效果。  

太阳能无人机群基于通信决策的节能连接控制

太阳能无人机的展弦比随着续航要求的提高而不断增大, 而拥有大展弦比的无人机不利于快速部署, 针对该问题提出了一种太阳能无人机群基于通信决策的节能连接控制策略, 并给出了确定最优连接顺序的方法, 达到将多架中小型太阳能无人机进行连接, 组成更节能的大展弦比无人机的目的. 首先, 利用扩展卡尔曼滤波对无人机的状态进行估算. 其次, 通过信息熵评估态势对无人机的飞行轨迹和航速进行调整. 最后, 通过仿真演示了虚拟无人机的实时连接过程. 研究结果证明了按最优连接顺序将无人机连接后可以显著降低编队整体的最终能量消耗, 而基于态势感知的通信策略能够有效降低通信频次, 优化编队的连接控制.