无人机侧向运动H_∞控制器设计及仿真

研究了鲁棒控制中H_∞状态反馈方法在无人机侧向控制律设计中的应用;建立了无人机侧向运动的小扰动方程,根据控制目标选取了合适的广义状态变量,建立了广义被控对象,应用matlab鲁棒控制工具箱中线性矩阵不等式(LMI)的求解方法设计了系统H_∞状态反馈控制器,并进行了数字仿真验证;以无人机侧向运动中滚转控制通道的H_∞鲁棒控制器设计为例,给出设计过程及仿真结果;与PID控制器的控制效果进行比较,说明控制器能够使系统有更好的动态和稳态性能,且比PID控制器对外界噪声干扰有较好的抑制作用,现已成功应用于某型无人机。     

低成本航空侦察视频压缩系统研究

设计了一种无人机视频压缩与传输系统;采用TMS320C2812进行系统控制,通过集成图像传感器OV7620完成图像信号的采集和数字化处理,以ADV612芯片对采集图像进行小波变换;经过CPLD和DSP完成变换域数据的压缩和转换发送;图像的无线传输使用甚高频数字电台;地面站解码后,送入上位计算机进行图像处理;系统时间延迟较小,实时性较强,基本满足工程实际需要;对SPHIT算法中的零树结构进行改进,给出最小零树结构一种简单可行的划分策略,通过Matlab仿真实验对两种算法进行对比,结果表明改进措施有效。     

捷联惯导系统误差模型与仿真分析

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响。应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型。在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图。在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150秒导航试验数据,结果表明：导航系X轴的相对系统误差小于20%,Y轴、Z轴的相对系统误差小于5%,验证了误差数学模型的正确性。此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生基本的影响。     

无人机鲁棒伺服LQR飞行控制律设计

为抑制无人机飞行模态切换时舵面跳变使机体产生的大过载,降低无人机对舵系统及结构可用过载的要求,将鲁棒伺服LQR方法与经典控制方法相结合设计了飞行控制律;以俯仰角控制模态为例,对鲁棒伺服LQR控制方法的特性进行了分析,俯仰角速率回路采用鲁棒伺服LQR最优控制方法设计了控制律,俯仰角回路采用经典控制方法设计了控制律,并通过非线性数字仿真对控制律的控制效果进行了验证;仿真结果表明:鲁棒伺服LQR控制比常规PID控制超调量减小50%,且大大减小了响应初期的升降舵偏角突变,降低了对机体可用过载的要求;该控制律形式简单,易于工程实现。     

捷联惯导系统的误差模型与仿真

为研究捷联惯导系统短时间导航精度,建立了导航误差数学模型,分析了惯性器件误差对系统导航精度的影响.应用捷联惯性导航原理,针对系统短时间导航的特点,简化了载体在导航坐标系的导航方程;由惯性器件安装误差与陀螺仪等效零漂经过方向余弦矩阵变换建立载体姿态误差方程;结合导航方程、姿态误差方程与惯性器件误差推导出载体速度误差与位置误差数学模型.在此基础上,建立了误差状态空间方程与误差模型框图.在Matlab/Simulink环境下建立了误差数学模型计算模块,用捷联惯导算法与误差模型共同解算地面150 s导航试验数据.结果表明:导航系X轴的相对系统误差＜20%,Y轴、Z轴的相对系统误差＜4%,验证了误差数学模型的正确性.此外,分析了加速度计精度的变化对短时间工作的捷联惯导系统导航误差产生的基本影响.     

无人机滑跑线性化建模与增益调节纠偏控制

由于无人机的三轮滑跑阶段是整个飞行过程最容易出问题的环节,本文对前三点式无人机地面滑跑进行建模并研究了前轮转向纠偏控制方法。首先,分析了无人机三轮滑跑阶段的受力情况;考虑发动机扭矩、推力偏心及停机角对模型的影响,建立了无人机地面三轮滑跑非线性数学模型;然后,利用小扰动原理在合理简化的前提下将非线性模型线性化,分别推导了前轮转角为输入,偏航角速度、偏航角、侧偏距为输出的传递函数,设计了三回路增益调节前轮转向纠偏控制律;最后,通过滑跑试验进行了验证。试验结果表明：在初始航向偏差为3°,初始侧向位置偏差为0.2 m的情况下,无人机由静止滑行至速度为32 m/s过程中的最大侧偏距为0.3 m,最大偏航角为4.5°,并且对不大于4.6 m/s的侧风干扰有较好的抑制作用,对跑道路况、轮胎侧偏刚度及轮胎弹性等不确定因素的影响有较好的鲁棒性。该设计已成功应用于某无人机。     

基于GIS的无人机航迹系统的设计与实现

文中设计实现了一套功能较为完善的无人机航迹系统.该系统主要完成了航迹显示、任务规划、航程再现和数据分析四种工作模式.借助于地理信息系统(GIS)技术,导入矢量形式的电子地图,利用丰富的地理信息来辅助实现无人机航迹系统.为了使系统通信具有很高的实时性,采用了以太网通讯方式,实时从地面控制站获取飞机当前的位置信息,又向地面控制站发送航迹系统的规划信息.经过实际联调,系统运行良好,通信实时性很高,很好地完成了各部分功能.     

无人机纵向H_∞状态反馈控制律设计及仿真

研究了H∞状态反馈方法在无人机纵向控制律设计中的应用.建立了无人机纵向运动的小扰动方程,适当地选取广义状态变量建立了系统广义被控对象,在matlab中用基于线性矩阵不等式(LMI)的求解方法设计了系统H∞状态反馈控制器,并进行了数字仿真验证.以无人机纵向运动中俯仰控制通道的等俯仰角爬升模态为例,给出了设计过程和结果,并与PID控制器的控制效果进行比较,表明H∞控制器有更好的控制效果,它可以兼顾系统响应的动态和稳态性能,有效地解决了PID控制器设计中某些性能指标相互矛盾的问题.     

轴对称飞行器滚转稳定控制与舵机技术指标研究

结合捷联惯性导航技术,系统性研究了舵机技术指标对滚转自动驾驶仪性能的影响。根据滚转回路特性,分析了滚转回路截止频率与舵机带宽的基本关系;应用频域分析,在低阶简化模型和高阶模型性能比较基础上,研究了舵机带宽和相角对滚转回路性能的影响。以二阶系统阶跃响应形式,联系飞行操纵产生的下洗流干扰力矩与滚转稳态指令,确定了舵的最大偏转角速度,保证滚转自动驾驶仪在机动飞行下工作在线性区;另外,综合考虑有转速和角度限制的二阶系统舵机模型及不同总攻角下的最大干扰力矩等因素,考查饱和非线性区中滚转回路指令和滚转角的响应状态,论证滚转回路稳定性。结果表明：对于弹体滚转时间常数为 ,舵效率力矩 ,带宽要求大于 的滚转自动驾驶仪,舵机带宽应不小于 、阻尼比在 以上。研究提供了滚转自动驾驶仪设计时确定舵机技术指标的一种基本方法。     

基于Simulink/Stateflow的无人机多模态飞行控制律仿真

为了验证无人机多模态飞行控制律设计的正确性,采用Simulink/Stateflow建模仿真方法;以某小型无人机为研究对象,首先在小扰动线性化模型基础上,设计了纵向和侧向多模态控制系统结构,并给出了相应的控制律,然后根据传统的频域和根轨迹的方法确定了各个控制器参数,最后通过Simulink/Stateflow完成整个飞行剖面的仿真,结果表明该方法能直观简洁地实现多模态之间切换的控制逻辑,模态控制误差均满足国军标要求,验证了所设计的多模态控制系统的正确性.