平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析

平流层飞艇依靠艇载自主光伏发电系统摄取太阳辐射能来达到长期自主飞行和悬停,可应用于无线通信、空间观测和军事侦察等领域,成为当前各国研究的热点之一.分析和计算飞艇表面接收的太阳辐射能是光伏系统设计的基础.文中首先建立飞艇表面接收的辐射能量数学模型,它描述了飞艇的工作纬度、飞行方向、表面形状和接收的太阳辐射能量的关系.然后模拟分析飞艇的工作纬度、飞行方向和表面形状对接收的辐射能量的作用.结果表明:飞艇的工作纬度和飞行方向影响飞艇表面接收的辐射能量的大小和时间分布;飞艇表面的不同部分接收的辐射能量是不同的,在飞艇表面合理覆盖光伏阵列是飞艇光伏系统设计的重要任务.     

基于双DSP的飞艇组合导航系统设计

在分析某小型平流层验证飞艇实际应用的基础上，介绍了适合该艇的INS/GPS组合导航系统基本原理。结合高性能定点DSP TMS320F2812和双口RAM CY7C028的特点，设计了以双DSP芯片为计算核心的导航计算机，给出了组合导航系统的硬件框图与软件流程图。飞行试验结果显示该系统具有良好的实时性和满足设计要求的测量精度，为平流层飞艇组合导航系统的设计提供了一定的理论基础。     

平流层演示验证飞艇实时仿真平台设计

在平流层飞艇的设计和研究中,飞行仿真可以有效验汪飞艇的动力学模型、控制器设计,检验飞艇的操纵性、飞行稳定性。同时,实时仿真技术可以提高飞艇性能,缩短研制周期。为解决上述问题,提出通过搭建飞艇的实时仿真平台,实现飞行仿真和实时仿真技术的统一。针对上海交通大学"致远一号"平流层演示验证飞艇,使用xPC target搭建了飞艇的实时仿真平台,完成了利用Simulink软件的动力学建模和控制系统设计,同时利用Flightgear飞行模拟器为仿真系统设计开发了视景仿真系统。进行仿真的结果显示,系统较好的实现了飞艇从上升到返回全过程飞行任务,视景系统直观准确地显示了飞艇在仿真过程中的状态变化,并可以为后续研究工作提供了依据。     

无人飞艇的遥控和自动飞行控制

介绍了一种无人飞艇飞行控制系统的结构,给出了实现飞艇遥控飞行和自动飞行的一种方案.该飞行控制系统以dsPIC30F4013芯片为控制核心,具有操作简便、功能强、可靠性高、稳定性强、成本低廉等优点,在多次飞行试验中取得了满意的效果.     

基于Plib的飞艇飞行视景仿真设计

由于飞艇体积大、密度小,受附加惯性力显著,其动力学特性与常规飞行器有较大不同。所以。为了直观全面地了解飞艇的飞行特点,对飞艇进行飞行视景仿真是必要的。为此首先介绍了视景仿真开发工具Plib和仿真系统总体框架,然后,应用机理分析方法建立了飞艇运动模型。在此基础上,调用Plib的类方法创建三维仿真环境,重点研究了天空海洋绘制、模型导入、视点变换、图形用户界面资源及键盘鼠标响应控制等关键技术。最后应用该系统对飞艇纵侧向扰动运动进行了仿真,展现了飞艇受扰后的飞行状态和各种运动模态的变化过程,结果表明该仿真系统真实感强,实时性好,可以为飞艇的后续研制工作提供参考和帮助。     

基于DSP的传感器数据采集嵌入式系统设计

平流层飞艇传感数据测量设备用于采集平流层飞艇艇囊的内外压差、飞艇所在环境的大气压和设备供电电池的电压,并将数据处理打包后发送给飞控计算机,为飞艇的安全飞行提供关键参数,同时能够在线记录和存储数据,用于飞艇飞行后数据分析和回放。现基于TMS320F2812和分立器件,自行设计了嵌入式系统,并完成样机的研制。在设计中同时进行了冗余设计,提高数据采集和通信的可靠度。样机实验结果表明其压差数据测量精度为±5 Pa,大气压数据测量精度为±80 Pa,电池电压数据测量精度为±0. 03 V。该设计提高了传感测量的集成度和数据精度,为平流层飞艇的飞行控制提供重要依据。     

飞艇飞行控制仿真系统设计

随着Matlab/Simulink开发平台在飞行控制研究中的大量应用,飞行控制仿真系统已成为飞行器飞行控制研究的重要手段。介绍了基于模型的飞艇飞行控制仿真系统的工作原理、硬件设计、软件设计,采用一体化设计思想,将仿真系统设计成根据需要可随意扩展的综合性仿真系统。该仿真系统利用Matlab/Simulink平台,搭建飞艇飞行控制相关的各运动及控制模型,在实时通信网络和虚拟视景工作站的支持下,能实现全数字仿真、半物理仿真、人-机交互仿真等实时仿真,可用于飞艇飞行控制系统的方案设计、研制、试验等全开发过程。     

飞艇电动舵机的研究与仿真分析

研究飞艇电动舵机稳定性控制问题,针对飞艇研制工程可靠性的需求,为保证飞艇空中按轨迹稳定飞行,提出采用飞艇电动舵机方案.根据电动舵机系统的指标和负载情况,选择直流无刷电机和光电编码器作为电动舵机的功率元件和位置传感器,建立了完整的电动舵机系统.为了不受外部扰动影响,采用了滑模控制理论,并利用Matlab平台对滑模控制系统进行了计算机建模仿真.结果证明给出了位置伺服系统在各种情况下稳态工作波形.仿真结果说明建立的舵机研究模型是可信的,响应完全符合电动舵机的特性,可以作为飞艇电动舵机的系统设计提供依据.     

室内无人飞艇导航系统的研究与仿真

根据室内飞艇导航应用的特点,介绍了超宽带(UWB)导航系统在室内无人飞艇自主飞行系统中的应用方法,根据室内场所等条件的要求,建立了室内飞艇系统的导航模型,以Matlab/Simulink为平台,对UWB进行了实时导航的仿真实验.实验结果不仅证明该导航方法具有较高的导航精度,而且为进一步研究室内飞行器导航系统开辟了一条比...     

自治飞艇动力学建模及反馈控制

在Kirchhoff方程和Newton-Euler理论基础上,推导出一种通用符合实际的、带有气囊和压块的飞艇六自由度动力学模型,并对该模型实施了状态量和控制量的非线性反馈变换,同时利用最小相位系统特性,构造飞艇反馈线性化动力学系统.在此基础上,分别研究了飞艇在纵向平面内的平衡飞行可行性和稳定性,以及平衡航迹的镇定和期望输出的跟踪.仿真结果和样机试飞都验证了理论分析的正确性和可靠性.     

平流层飞艇太阳能电池布设区域的计算与仿真

针对合理确定薄膜太阳能电池在平流层飞艇上的布设区域,由于能源供应可行性是取决于飞艇接收的太阳辐射量.为了满足电量的需要,设计了一种应用有限元分析前处理模块的数值计算方法.方法结合使用ansys和matlab软件建立系列数学和物理模型计算出艇上薄膜太阳能电池合理的布设区域.对示例飞艇进行了仿真计算,结果表明飞艇的飞行方向、滞空时间等优化飞行参数可使艇上薄膜太阳能电池合理确定布设区域.仿真结果为平流层飞艇薄膜太阳能电池布局规划提供了理论和计算依据.     

基于Vega Prime的高空飞艇视景仿真设计

针对高空飞艇在飞行控制半物理仿真实验中实时数据可视化的问题,基于虚拟仿真技术,提出了一种高空飞艇视景仿真系统设计方案。建立了高空飞艇三维模型,并使用细节层次等高级建模技术对三维模型数据库进行了优化。提出了通过反射内存网与半物理仿真系统进行实时数据传输的方式,在Vega Prime环境下完成了基于控制台的视景仿真程序开发。在硬件系统支持下,实现了高空飞艇飞行过程仿真场景的立体渲染,仿真效果能够满足半物理仿真实验数据的实时逼真显示要求。     

平流层飞艇定点气动力计算与仿真分析

研究飞艇定点动力性能分析,关于平流层飞艇动力特性问题是影响系统稳定的关键。为使飞艇能正常工作,必须对气动特性进行精确地分析。根据平流层飞艇的定点飞行特点,考虑空气粘性因素,建立了平流层飞艇的湍流边界层方程,采用动量积分关系式方法,求解飞艇表面摩擦阻力,利用有限元分析软件ANSYS仿真,分析了飞艇的空气动力特性。仿真结果表明,空气黏性对飞艇运动的影响不可忽略,动量积分法可有效解决飞艇摩擦阻力的计算。     

基于S3C4510B的飞艇自主飞行控制平台

飞艇因其独特的飞行性能和良好的效费比得到了广泛的关注,是极具发展前景的一种飞行器.本文首先简要叙述了飞艇的优点、国内外发展现状以及飞艇结构与工作原理,再重点对飞艇控制系统的平台设计进行研究,其中包括飞艇控制系统的硬件结构设计以及飞艇控制系统平台的软件设计,最终实现了S3C4510B与各模块的数据传输.     

低空无人飞艇状态监测系统的硬件设计

介绍了一种以C8051F120单片机为核心设计了低空无人飞艇状态监测系统的硬件设计,详细给出了系统的总体架构和工作流程;着重说明了主要功能模块的电路设计。地面测试和飞行试验表明该监测系统硬件性能稳定,能满足飞艇状态监测的要求。     

平流层验证飞艇横侧向模型辨识研究

研究采用系统辨识方法建立平流层验证飞艇横侧向模型,针对飞行试验中风的扰动和测量噪声明显,对辨识参数的精度有影响。为解决上述问题,提出了采用滤波误差法,辨识稳定微分和控制微分系数的策略,获得飞艇较精确的平飞横侧向模型。首先考虑飞艇为浮力体,质量和惯量受环境影响较大,很难精确测量的问题,将飞艇非线性模型转化为具有稳定性微分和控制微分的飞艇横侧向线性模型,辨识参数不受质量、惯量变化的影响,并采用滤波误差方法,辨识模型的稳定微分和控制微分,可以减小风的扰动误差对辨识精度的影响,最后用辨识模型进行飞行仿真,将仿真得到的数据和实际飞行试验数据进行对比分析,结果表明,辨识得到的模型可以较好地反映飞艇的动力学特性,可为飞艇偏航控制器的设计提供参考。     

飞艇动力学仿真

刚体假设条件下,飞艇动力学行为的核心问题之一是如何获取气动导数和推进系统螺旋桨的性能参数.针对静导数,采用分块粘结技术和O型网格,生成结构化贴体网格单元,利用SST(Shear Stress Transport)湍流模型进行CFD仿真,动导数采用半经验的方法,附加质量采用边条理论计算.螺旋桨性能参数采用结构化网格与非结构化网格相结合的方法,利用旋转机械CFD软件计算.在此基础上给出了飞艇纵向静稳定性的判别方法,建立飞艇非线性动力学方程和小扰动方程.为验证上述方程,给出了纵向阶跃响应,仿真结果表明该方法是有效的,可用于飞艇后续的飞行控制研究.     

飞艇压力控制系统的算法设计与仿真

飞艇作为飞行器的一种,其工作原理与飞机、热气球等传统的飞行工具不同.飞艇上升的动力主要依靠气囊中的升浮气体来产生.所以,如何控制气囊中气体的压力对飞艇来说非常重要.压力控制过程涉及飞艇的气囊安全控制、升降速度控制等,还与飞艇的动力系统以及外部大气环境和气象条件密切相关.因此要让飞艇的压力控制做到既安全又平稳并不是一件容易的事情.本文将以飞艇的数学模型、标准大气模型和传热学基本原理为基础,探讨如何实现飞艇的气囊压力控制.     

基于ARM9200的无人飞艇的飞控板设计

介绍无人飞艇的自动驾驶飞控板的总体设计方案、主要功能、硬件的构成和特点、软件设计方案等.重点介绍了飞艇低速飞行过程中,尾翼与发动机倾角、发动机转差的冗余控制技术.     

平流层飞艇地面通用测试原型系统设计

针对不同技术路线平流层飞艇试验靶场地面通用化综合测试评估的迫切需求,分析了平流层飞艇平台地面通用测试技术体制和测试矩阵,提出了飞艇地面通用测试原型系统总体架构,研究了系统功能组成和通用性;基于高速信息交换架构、合成仪器、公共测试接口等新一代自动测试系统关键技术,完成了原型系统的硬件、软件和机械结构设计方案,可以作为原型系统分系统实施方案设计、研制和综合集成调试的主要依据文件;经分析,地面通用测试原型系统可对多型号平流层飞艇实现快速自动通用测试评估,对飞行试验任务顺利完成起到的重要支撑作用。