某小型无人机纵向扰动模型及静稳定性仿真

在无人机设计之初,有必要建立其扰动模型并对静稳定性进行仿真分析;在建立无人机纵向运动方程的基础上,针对某小型无人机进行了方程的数值计算和配平,运用现代控制理论,以飞行迎角的突然扰动作为控制信号建立了无人机的纵向扰动模型,提出一种新型的控制矩阵,更加全面、更加直观地反映了无人机的纵向扰动运动;通过对扰动模型的仿真,表明无人机的结构参数和气动参数使其具有可靠的纵向静稳定性;最后运用所建立模型,分析了不同迎角基准运动状态的选择对扰动过程的影响,对无人机基准运动状态的选择具有参考意义.     

存在时延的分布式无人机编队控制方法

多无人机协同是未来无人机应用的重要方式,多无人机编队作为多无人机协同的重要技术和研究热点也已引起越来越多关注,分布式无人机相较于集中式具有灵活性好、鲁棒性强,对通信及计算机性能要求低等优点;针对无人机的非线性动力学模型,在有向固定拓扑的条件下,运用高阶一致性理论解决无人机系统的分布式编队问题;基于Lyapunov稳定性原理,利用线性矩阵不等式(LMI),分别得出在具有时变时延导数信息及无导数信息情况下的稳定性充分条件;最后,仿真验证了这种编队控制方法的有效性;研究结果表明,利用文章所提出的方法控制无人机编队飞行,在满足稳定性的前提下,无人机系统能够形成稳定的编队,并达到预期速度。     

基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法

无人机飞行受到气动阻尼扰动,从而导致控制稳定性不好。当前采用翼型截面气动参数调节的方法进行无人机抗扰控制,以扭角以及振动方向等参数为约束指标,参数调节的模糊度较大,对气动姿态参数调节的稳定性不好。文中提出基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法。该算法根据无人机的飞行工况构建各阶模态对应的气弹耦合方程,在速度坐标系、体坐标系、弹道坐标系三维坐标系下构建无人机的飞行动力学和运动学模型;采用卡尔曼滤波方法实现对无人机飞行参数的融合调节和小扰动抑制处理,并采用末端位置参考模型进行无人机飞行轨迹的空间规划设计;在卡尔曼滤波预估模型中实现对动力学模型的线性化处理,采用气弹模态参数识别方法进行无人机的飞行扰动调节;将姿态控制作为内环,获得位置环状态反馈调节参数;以无人机的升力系数和扭力系数作为气动惯性参数进行飞行姿态的稳定性调节,从而实现无人机抗扰动控制律的优化设计。采集飞机的俯仰角、横滚角和航向角作为原始数据在Matlab中进行仿真分析,仿真结果表明,采用所提方法进行无人机抗扰动控制的稳定性较好,对气动参数进行在线估计的准确性较高,航向角误差降低12.4%,抗扰动能力提升8dB,收敛时间比传统方法缩短0.14 s,无人机飞行的抗扰动性和飞行稳定性得到提高。所提方法在无人机飞行控制中具有很好的应用价值。     

单元机组负荷控制系统的动态矩阵方法研究

本文力图从对受控模型要求不太严格的非参数模型——阶跃响应出发,运用动态矩阵控制算法,建立一种基于模型预测控制技术的新型火电机组负荷控制系统,并对这种控制系统的实际性能进行仿真研究,仿真结果表明,控制性能良好。     

融合闭环反馈机理的多变量预测控制策略

针对在模型预测控制中模型失配较严重时,单独使用动态矩阵控制不能满足控制需要的问题,提出了融合闭环反馈机理的多变量预测控制策略.讨论了多输入多输出系统中输入和输出的配对问题,以及控制算法中的PID控制强度问题,在动态矩阵控制的基础上引入PID反馈,利用动态矩阵控制算法的鲁棒性强及PID控制算法抗干扰性能好的优点,极大地弥补了模型失配的影响.通过对一个经典两输入两输出控制问题的仿真,表明该控制策略具有明显优于单独的DMC控制的性能.     

薄壁零件压力铸造控制方法研究及鲁棒性分析

在复杂薄壁零件压力铸造控制系统的研究中,针对复杂薄壁零件压力铸造系统仿真模型,研究了压力铸造过程中压力控制算法。分别采用PID、动态矩阵控制(DMC)、PID+DMC三种控制算法,仿真结果表明三种控制算法对压力铸造系统都有一定的控制效果;其中,PID+DMC控制算法的动态特性最佳,并且对压力铸造系统中可能出现的模型失配问题也有很好的控制效果,具有较强的鲁棒性。     

基于动态角色分配的一致性协同无人机编队控制

随着微电子技术、数字通信技术的飞速发展,无人机编队已应用到许多领域。针对无人机编队保持和编队中能耗问题,提出了一种基于动态角色分配的一致性协同无人机编队控制方法。根据无人机运动学模型设计了一种反馈线性化姿态控制器。在此基础上,基于长机僚机模式设计了一种一致性编队控制算法,提升了编队系统的鲁棒性。同时,设计了一种基于匈牙利算法动态角色分配方法,使多无人机在执行任务过程中可依据具体的周围环境情况来重新制定编队方案确定各无人机位置以此来缩小执行任务周期,同时减小整体能量消耗,并以5架无人机构成编队为例开展了编队飞行仿真分析。仿真结果表明,基于动态角色分配的一致性协同无人机编队控制算法保证了编队控制系统的控制精度和鲁棒性,有效地减小了整体的能量消耗。     

基于FLUENT的机翼损伤小型无人机气动分析

研究小型无人机机翼不同程度受损条件下无人机气动特性,仿真无人机损伤多少比例机翼时可保持飞行。设计一个无人机模型,研究基于有限元分析的机翼损伤下的气动分析。在CATIA三维软件中对无人机建模,在ANSYS ICEM中进行模型曲面划分与流场网格划分,ANSYS FLUENT中进行气动分析。先分析完整机翼的无人机模型,再逐步切除一定比例的机翼,对比分析机翼损伤前后的气动特性,得出切除多少比例面积的翼面时无人机模型仍可保持飞行,为将来实际无人机设计和风洞试验提供依据。     

一种基于虚拟参考反馈调整的无模型自适应控制

针对无模型自适应控制算法中对伪偏导数估计值信息利用率不高的问题,提出一种新的无模型自适应控制算法.运用虚拟参考反馈调整方法思想,将紧格式线性化后的线性模型与基本无模型自适应控制器构成的闭环系统作为参考模型,再以参考模型的输出与系统期望输出的误差作为控制器的输入,从而将伪偏导数过去时刻的估计值引入到新的控制律中,提高了伪偏导数估计值信息利用率.仿真结果表明改进的无模型自适应控制具有较好的控制性能.     

DMC-DMC串级控制算法分析与研究

将动态矩阵控制算法与串级控制系统相结合,在串级控制的主、副回路中均采用动态矩阵控制算法(DMC)进行控制.经仿真证明,该DMC-DMC串级控制算法具有快速的动态响应,控制效果较好.     

一种无人机大机动飞行控制方法

研究了无人机进行大机动的控制问题,提出了一种传统动态逆控制方法的改进方法.在外环的气流角控制器中,通过引入加速度反馈,避免了传统方法的气动力估算环节,从而提高了对气动数据不准确的鲁棒性.在内环的角速率控制器中,使用基于LPV(linear parameter-varying)系统鲁棒PI控制方法,从理论上保证了整个机动飞行过程中的鲁棒性.仿真结果表明,提出的方法能够实现无人机纵向和横航向同时进行机动的控制,同时具有较好的控制性能.     

基于神经网络观测器的飞控传感器在线故障诊断

为提高无人机飞行安全可靠性,针对飞行控制系统中常出现的传感器故障以及非线性气动力模型参数难以确定的问题,提出了基于BP神经网络观测器估计的故障诊断方法;引用LM改进算法对网络参数进行调整,构造了神经网络观测器模型逼近非线性系统,并运用于飞行控制系统进行在线数字仿真,对垂直陀螺输出卡死故障、恒偏差故障和恒增益故障分别进行仿真分析;仿真结果表明,所设计神经网络观测器可以有效估计系统输出,在线诊断传感器故障。     

四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制

针对四旋翼无人机轨迹跟踪的容错控制问题,提出了一个鲁棒[H∞]控制和干扰观测器与故障估计器相结合的容错复合控制器的方法。在外部有界扰动和加性故障的条件下,实现对四旋翼无人机的轨迹跟踪。将四旋翼无人机非线性动态模型解耦成独立的外环位置控制系统和内环角度控制系统,引入区间矩阵对系统参数进行描述,使用干扰观测器和故障估计器进行干扰和故障的估计和补偿。然后设计一个复合控制器既能更好地抑制干扰又能保证无人机在自身存在故障的情况下平稳飞行。通过仿真证明该方法的有效性。     

无人机航迹控制模块的优化设计与实现

当前在无人机作业过程中,能够根据预设的目的地信息自主控制飞行的模块,在多个最优方案条件下,需要预设复杂约束条件,否则就会存在寻优过程不收敛的问题,导致控制效果不佳。针对这一问题,研究了无人机航迹自主控制模块的改进设计。设计可以采集无人机的位置、速度等飞行信息,并上传至飞行主控器的模块硬件,软件在符合无人机飞行约束与威胁约束的条件下,规划获取后续飞行的最优航迹点。为了保证无人机飞行距离最短、高度最小,将无人机航迹自主控制问题变成优化问题。在面临多个最优方案条件下,构建基于鲸鱼算法的无人机航迹选择模型,以无人机飞行航线代价最小为目的,使用鲸鱼算法求解无人机航迹自主控制方案,完成软件设计。实验结果显示：使用所设计模块后,无人机可自主控制飞行航迹,成功避开静态威胁因素、动态威胁因素安全飞行至目的地。     

基于浸入—不变集的三旋翼无人机高度系统自适应控制器设计

针对三旋翼无人机的研究集中于数学模型分析、简单的控制算法设计等起步阶段,且高度系统空气阻尼系数未知的情况,研究了三旋翼无人机高度系统的控制问题。基于浸入—不变集方法设计了一种控制三旋翼无人机跟踪目标高度的自适应控制器,根据三旋翼无人机飞行运动特点,推导了三旋翼无人机运动数学模型,完成了控制器参数设计和气动参数选择,采用Lyapunov分析方法对所设计控制器的渐近稳定性进行了理论证明,并对未知空气阻尼系数进行了在线估计,最终在三旋翼无人机实验平台上在环仿真实验验证。实验结果表明,高度跟踪误差在0-6秒可较好地趋于收敛,控制阻尼系数估计值也较好地收敛于合理的范围,表明该算法稳态误差小,收敛速度快,具有较好的控制性能和较强的实用性。     

基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究

为提高四旋翼无人机的飞行稳定性、无人飞行器控制系统的鲁棒性和控制精度,以建立的四旋翼无人机飞行控制系统模型为基础,采用现代控制理论与传统控制论相结合的方法,针对姿态角速率、姿态角分别设计内环LQR(线性二次型调节器)控制器,及外环PID控制的双回路闲环控制器.充分利用PID控制器易于掌握且对模型要求精度低、LQR控制器能改善内回路的动态特性和稳态性能的特点,完成四旋翼无人机的飞行控制.通过实验遴选该双闭环控制器相关参数并进行优化,实验结果表明所设计的双回路控制器控制性能指标良好.     

四旋翼无人机时延模糊自抗扰容错控制

针对四旋翼无人机系统执行器故障问题，为改善飞行控制系统性能，提出一种时延模糊自抗扰容错控制。首先，根据四旋翼无人机系统非线性数学模型和执行器故障模型，选择模糊自抗扰控制器作为基准控制器，在未发生执行器故障的情况下，使飞行控制系统保持稳定；其次，在发生执行器故障的情况下，利用时延控制技术估计故障信息，并与模糊自抗扰控制相结合，实现容错控制；最后，对所研究的容错控制算法进行数值仿真分析，仿真结果表明：把时延控制与模糊自抗扰控制相结合，能有效调节执行器故障，使飞行控制系统对故障产生的干扰具有良好的鲁棒性。     

无人机低空滑翔抗攻击突防控制律优化设计

为了提高无人机的低空滑翔抗攻击突防和控制能力,提出一种基于快速模型预测的无人机低空滑翔抗攻击突防控制技术。采用融合传感识别技术进行无人机的姿态和位置参数信息采集,分析无人机的低空滑翔控制的物理环境参数模型,构建无人机飞行轨迹地图模型,使用标准卡尔曼滤波器进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制信息的融合处理,根据信息融合结果进行控制指令设计。采用动态基元轨迹跟踪方法,得到无人机低空突防控制的滑模面,在有限Morrey空间内采用串联弹性驱动控制方法求得在控制约束参量分布模型的最优解。根据无人机低空突防段的初始位姿参数进行快速模型预测和飞行轨迹跟踪,实现低空滑翔抗攻击突防控制。仿真结果表明,采用该方法进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制的精度较高,无人机的姿态参数的自适应调节性能较好。     

基于QFT的无人机纵向飞行控制系统设计

介绍了定量反馈理论(QFT)的基本原理和设计步骤;定量反馈理论作为一种新颖的频率域鲁棒控制技术,综合考虑了对象的不确定性范围和系统的性能指标要求,以定量方式进行分析设计,从而保证了设计结果具有稳定鲁棒性和性能鲁棒性;无人机飞行过程中具有较强的不确定性,气动参数会不断发生变化,运用QFT对无人机纵向飞行控制系统进行设计,可以很好解决飞行控制系统中的不确定性问题;仿真结果显示,QFT设计的控制器能够很好地满足无人机鲁棒稳定性指标和跟踪性能,符合纵向控制的要求。