小型无人直升机的数学建模与仿真

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行精确的数学建模.本文以Raptor90小型无人直升机为研究平台,综合考虑了直升机在不同飞行模态下的飞行特性,利用基于叶素理论的积分算法,对直升机进行非线性建模,并对所建模型进行数值仿真.仿真结果表明,所建模型能够较好的反应直升机的动态响应特性,所建模型具有较高精度,可基于此模型进行飞行控制器的设计.     

微小型无人直升机协调转弯的控制和实现

针对微小型无人直升机( MUH)协调转弯的问题,提出了控制策略和实施方案。首先在MUH数学模型的基础上,建立了MUH的状态方程,灰箱辨识得到其参数;然后分析了协调转弯的工作原理,并以无人直升机的军标ADS-33E-PRF作为参考,利用Matlab sisotool工具箱设计了协调转弯控制器,反复调整参数使其满足军标的level1标准;最后基于该对象和设计的控制器,在3~6m/s的风速下,进行了实物飞行实验。实际飞行结果表明：协调转弯控制姿态稳定,速度误差在±0.5 m/s以内,高度保持相对稳定,误差在±1.2 m以内,水平曲线近似一个圆,XY位置误差在8%以内。结果验证了所设计的协调转弯控制器可靠,工程上能实现,具备良好的鲁棒性和动态性能。     

微小型无人直升机组合导航系统数据融合的研究

文章在考虑微小型无人直升机的特点及对导航定位系统的需求的基础上,对MIMU和GPS进行了合适的选型,设计了以DSP为核心的组合导航定位系统及其系统的数据同步电路;根据MIMU和GPS所提供的位置和速度的误差值,文章建立了闭环反馈控制的间接卡尔曼滤波器的方法进行数据融合;运用MATLAB的DSP数字信号处理工具进行仿真,实验仿真结果表明,文章所采用的组合导航系统较单一导航系统在控制精度和可靠性上有明显提高。     

平台上的无人直升机非线性预测姿态控制

针对在平台上的无人直升机姿态控制,设计了1个非线性预测姿态控制器,该预测控制器具有解析解不需要在线优化,通过查表的方式可以方便地得到满足设计要求的控制器参数。讨论了当输入饱和时的处理方法,通过仿真比较了当输入出现饱和时剪切法和方向保持法对系统性能的影响。最后,将非线性预测控制器和PID控制器的进行了比较,仿真结果说明采用该控制器系统响应比PID控制快,并且可以去除通道耦合引起的过大的超调量。     

基于DMC的微小型无人直升机航迹跟踪

微小型无人直升机的航迹跟踪需要在克服模型不确定性的同时保持良好的控制精度和动态性能。提出了航迹跟踪的动态矩阵控制（DMC）方法,通过在线优化、反馈校正抑制不确定性的影响。将系统经姿态环和速度环镇定后作为广义对象,设计了DMC控制器,并对DMC参数进行了整定。半实物仿真实验证明,采用DMC方法后,系统具有较好的动态响应,航迹跟踪效果明显改善。     

基于ESO的无人直升机高精度姿态控制

针对小型无人直升机存在模型参数不确定性、电磁干扰影响的问题,设计了一种基于ESO（扩张状态观测器）的高精度姿态控制方法．直升机姿态通道中的不确定部分及外界复合扰动被视为总扰动,通过ESO进行实时估计,结合状态反馈控制器实现扰动消除．试验结果表明,在0.1 s内姿态角可从0°快速跟踪到5°且无超调．最后将设计的控制器应用于研制的高精度无人驾驶系统,实现系统参数变动等条件下直升机的全自主定点悬停和航迹飞行．     

基于PowerPC和FPGA的小型无人直升机飞行控制计算机系统设计

针对小型无人直升机体积小、负载轻和飞行控制计算量大、实时性要求高的特点,提出了一种基于PowerPC和FPGA主从处理器结构的飞行控制计算机系统设计方法,该设计主处理器采用MPC8280通用嵌入式双核处理器,从处理器采用XC3S400FPGA处理器;PowerPC多任务软件基于VxWorks实时操作系统,FPGA软件采用多进程结构;相比传统的飞行控制计算机系统,基于PowerPC和FPGA主从处理器结构的飞行控制计算机系统具有结构紧凑、功耗低、处理能力强、实时性好和资源利用率高的特点;采用基于Pow-erPC和FPGA的飞行控制计算机系统的小型无人直升机实现了自主飞行,验证了该飞行控制计算机系统设计的有效性和合理性。     

微小型无人直升机建模与航迹跟踪控制

无人直升机航迹跟踪控制系统对控制器性能要求较高,而现阶段很多控制器对复杂航迹跟踪效果一般,误差较大,很难为真实无人直升机航迹飞行提供理论依据.针对上述问题,首先,对无人直升机外部进行PID控制器设计,并针对PID控制器提出一种改进粒子群算法对控制器进行参数整定.然后,采用改进人工势场法的航迹与无人直升机模型相结合的方式...     

小型无人直升机纵横角动态耦合辨识建模

针对小型无人直升机耦合建模问题提出了一种频域解耦辨识建模方法,该方法通过处理针对耦合辨识的实验数据得到指定频域范围内被辨识耦合的频域特性,对频域特性进行拟合从而获得耦合模型.提出了适用于多输入输出(MIMO)系统的频域特性计算方法,定义了一种复合相干函数并证明其能够用于表达在耦合通道辨识中输入输出的相关性.基于该方法,对一种小型无人直升机在悬停状态的纵横角动态耦合模型进行了辨识,并将耦合模型加入到直升机仿真模型中考察其对模型预测精度的影响.模型预测输出与实际输出的比较表明,相较于普通模型,考虑了耦合动态的仿真模型能够更为精确地预测实际输出.     

小型无人直升机的纵向横向解耦优化控制

论文根据小型无人直升机的机理建立了数学模型,并在悬停状态下近似线性化,运用Matlab的非线性控制工具箱(NCD)设计了具有很强鲁棒性的控制器,实现了对于小型无人直升机的纵向和横向的解耦控制,仿真结果证明了方法的有效性。     

二自由度无人直升机的非线性自抗扰姿态控制

无人机高性能姿态控制的难题之一是无人机系统模型通常无法精确建立且受到复杂外部干扰的作用.针对这一难题,本文提出了二自由度无人直升机姿态控制的非线性自抗扰控制设计方法.该方法的主要思想是将系统内部的未建模动态和外部干扰等不确定性因素作为"总扰动",利用输入输出信息在线观测,并在反馈控制环节对其进行补偿.本文发展了非线性扩...     

基于双目视觉的小型无人直升机位姿检测

无人直升机的位置与姿态检测是直升机自主飞行控制的基础。基于双目视觉原理,对直升机标志点进行检测并跟踪,利用基于顺序一致性的极线约束匹配方法,对检测到的多个标志点进行立体匹配,计算标志点三维坐标从而得到无人直升机的位置与姿态信息。设计一个基于双目视觉的小型无人直升机空间位姿测量托架,用于飞行控制模型及飞行控制算法的研究及验证。     

旋翼微小型无人机地面站系统的设计与实现

针对旋翼机的控制复杂性,设计一套面向旋翼式微小型无人机的地面控制站系统。利用该系统可进行航迹设定和任务规划,存储和回放飞机航行记录,接收航拍图像,并通过对旋翼式无人机虚拟模型和视频图像的融合处理,实时显示飞机飞行姿态、位置及运行状态,实现旋翼式微小型无人机的超视距遥控,具有直观、形象的良好操控性能。     

基于LQR的无人直升机姿态控制器设计

无人直升机控制系统是一个易受环境干扰的、各通道相互耦合的非线性系统.为了实现无人直升机能在不同环境下自主飞行,需要设计抗干扰能力强的控制器;采用系统辨识的方法得到直升机横向通道和纵向通道姿态环路的线性系统模型;根据线性最优二次型理论,对直升机横向通道和纵向通道的姿态环路设计了LQR最优控制器,使用MATIAB仿真选取最优控制器参数后,在ALIGN 700N直升机上进行了实际飞行试验,仿真和飞行试验表明,采用LQR控制技术设计的无人直升机姿态控制器具有较强的鲁棒性和实用性.     

小型无人直升机悬停小速度段位置控制技术

无人直升机在悬停/小速度飞行阶段具有特殊的物理特性,给控制系统的设计带来了诸多技术难题;针对无人直升机悬停/小速度段位置控制的需求,提出了一种基于"姿态角阻尼内回路"的位置控制结构,该控制结构采用内回路姿态角阻尼增稳,外回路位置控制的控制方式;并且针对增稳回路自适应性、抗风补偿和位置控制精度等问题,分别采用前馈自动配平机制与非线性PID控制方法对常规控制律进行改进;仿真验证表明,所提出的控制策略和控制律设计结果达到了较好的控制效果。     

无人直升机悬停至前飞切换控制

模态切换控制是无人直升机实现全天候自主飞行的关键,实现飞行模态闯快速平稳的切换是无人直升机控制器设计的主要目的。针对无人直升机悬停至前飞过切换程时高度不能保持现象和对象无人直升机高度一航向通道之间存在耦合,提出了前飞速度和航向角速率补偿设计高度通道控制律,升降速度和总距风扇联动关系补偿设计航向通道控制律。最后通过大量仿真试验验证了此方法的可行性和有效性。