基于光流和超声波模块的小型四旋翼无人机定点悬停控制

针对小型四旋翼无人机无GPS环境下的定点悬停问题,设计了一种改进的基于计算机视觉的控制方案,并搭建小型四旋翼无人机飞行试验平台。在光流工作的同时,引入超声波模块为无人机提供高度信息,使得光流传感器始终在固定高度工作,提高光流测量的准确度。试验结果表明:该方案的定点悬停效果较好。     

固定翼无人机飞行姿态检测和控制设计

近年来,无人机技术的发展比较迅速,其在军事和农林业及电力行业等领域中得到广泛应用,当前单架无人机技术不断成熟,其也可以满足一些比较简单的飞行任务,但是却无法对工作量比较大和任务区域复杂的飞行任务有效完成。为了促使单架无人机在各行业的应用问题得以解决,各个科研机构等有效实施无人机集群自动飞行研究,本文在对固定翼无人机飞行姿态检测和控制设计研究的基础上,分析得出更加完善的无人机集群飞行控制方案。     

四旋翼飞行器

四旋翼飞行器属于多旋翼直升机,能垂直起降,无需滑翔跑道,具有良好的机动性,在许多领域都有重要的应用价值。因此,我们设计并搭建四旋翼飞行器软硬件平台,主要包括了嵌入式四旋翼飞行器飞行控制板,四旋翼飞行器地面站和上位机三部分。通过分析飞行动力系统数学模型,惯性导航技术和进行四元数梯度下降滤波器的姿态解算,设计四旋翼飞行器串级PID姿态控制器,并对高度进行频域矫正控制,主要实现了四旋翼飞行器的手控模式飞行和一键起飞与降落的自主定高模式飞行;同时具有低电压报警、并通过上位机实时监测飞行器状态等功能。     

复杂环境下的四旋翼无人机定位技术综述

四旋翼无人机的定位一直是无人机研究领域的核心问题,四旋翼无人机准确的定位是实现飞行控制、避障、路径规划以及抓取等各种复杂任务的基础和前提。本文对复杂环境下的四旋翼无人机定位技术的历史发展以及研究现状进行了简要介绍,并对基于同步定位与制图(SLAM)技术的机器视觉定位、激光测距定位、红外线定位、超声波定位进行了重点介绍。     

基于拓扑优化的四旋翼无人机机身轻量化设计

针对四旋翼无人机机身轻量化需求，以小型四旋翼无人机机身结构为研究对象，基于质量最小原则对四旋翼无人机机身结构进行轻量化设计。选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)材料，利用Inspire软件分别对不同优化目标下的机身模型的形状控制进行了拓扑优化计算，依照质量最小原则，得到了基于形状控制为辐射状的小型四旋翼机身的关键结构特征。然后对拓扑优化的最优结果进行了几何重构及强度校核，得到适合于3D打印的结构，相对于初始结构实现了54%减重，且多工况下机身模型的应力、位移、安全系数都符合设计要求，接着通过切片软件设置层厚、模型摆放位置等参数对机身的三维数据进行前处理，最后通过3D打印机实现轻量化模型熔融沉积成型(FDM)快速制造。该研究结果为四旋翼无人机机身结构的设计提供一种新的设计思路，为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构提供一条新的途径。     

基于模糊自适应卡尔曼滤波的GPS_INS融合研究

针对已有GPS_INS组合导航系统在GPS信号强度变弱时扩展卡尔曼滤波器(EKF)可能出现发散的问题,采用一种模糊逻辑自适应的方法动态调节导航系统的过程和测量噪声参数,实现了导航系统的最优估计。通过对多旋翼无人机实际飞行日志数据的仿真,结果表明通过自适应调节噪声参数,导航精度得到明显提升。     

基于QUKF的随钻测斜仪姿态估计算法研究

针对煤矿井下随钻测斜仪测量钻孔姿态角时，传感器容易受到外界干扰，引起解算姿态角误差的问题，本文采用一种基于四元数无迹卡尔曼滤波（quaternion unscented Kalman filter,QUKF）的姿态估计算法减小误差。首先通过四元数微分方程结合陀螺仪输出以及噪声误差，构建无迹卡尔曼滤波（unscented Kalman filter,UKF）状态方程；然后利用加速度计和磁强计的输出结合噪声误差作为观测值，构建量测方程；最后将迭代得到的四元数通过姿态旋转矩阵解算姿态角。通过MATLAB仿真以及双轴转台实验验证该估计算法，实验中经过该算法解算的俯仰角和方位角最大绝对误差均小于0.7°。实验表明，该算法可以有效减小随钻测斜仪测量姿态角时受到外界干扰的影响，提高测量精度。     

论四旋翼飞行器稳定性提升与改造

当今智能化控制已经从地面向空中发展,无人机技术已经被很多行业所重视,四旋翼飞行器由于它的操作简单、灵活性强、价格低廉等特点被很多行业作为开发的重点,也是航模爱好者兴趣开发的工具。四旋翼飞行器在军事、航天、科考、勘察、摄像等领域已经得到了广泛的应用。但从目前的技术来看,飞行的稳定性是困扰工作质量主要的原因。从四旋翼飞行器的硬件设计及控制算法入手,介绍提高飞行器稳定性能的主要措施。     

倾转旋翼无人机悬停姿态气动分析

本文通过比较研究国内外现有倾转旋翼无人机的优缺点,设计了一款新型的倾转旋翼无人机,有效地融合了传统固定翼无人机以及旋翼无人机的优点,既能够实现垂直起降,又能够以较快的速度进行较长时间的巡航飞行。首先使用Pro/e软件完成无人机虚拟样机的设计,然后通过SC/Tetra软件对无人机在悬停状态下螺旋桨不同转速时获得的升力以及此时无人机的气动性能进行了仿真研究,通过分析仿真结果证明该无人机的结构设计的可行性和优越性。     

基于GIS和无人机航摄测量技术的城市数字地形测量方法

目前提出的城市地形测量无法对数据进行量化处理,导致测量效果较差。为了解决上述问题,基于GIS和无人机航摄测量技术研究了一种新的城市数字地形测量方法。通过明确坐标,计算航线的均方差来对无人机航线进行选择,根据城市地形高度曲线图提取城市地形数据,确定线性数、面性数、球性数和垂直度数等几何特征。利用地形数值计算参数模拟分析地形数值。通过摄像机姿态参数分析,建立3D模型,实现场景融合,计算无人机设备采集数值,建立管理平台,实现数值测量。实验结果表明,基于GIS和无人机航摄测量技术的城市数字地形测量方法能够通过量化处理对数字地形进行精准测量,无人机轨迹的绝对误差在0.25%以内,轨迹精度低于5 cm,坐标精度低于3 cm。     

导向钻井工具双加速度计姿态测量方法研究

在导向钻井工具的井下姿态实时测量过程中,导向钻井工具井眼轨迹的可靠控制十分重要。针对导向钻井工具姿态测量的可靠性问题提出了一种双三轴加速度计姿态测量方法,通过理论分析及推导,给出了姿态参数求解和信号有效性判断公式,进行实验验证可行性及正确性,并建立了系统重构方案。可通过对两个加速度计的数据进行计算得出井斜角和方位角,提升了测量的可靠性。     

一种新的无模型自适应控制模型参数整定方法

无模型自适应控制（MFAC）有四个模型参数，现有研究认为其无关联，且全程守恒。通过虚拟系统在初始时刻的状态，基于第一时刻输出值应与期望值接近的原则，采用遗传算法找到了参数关联，从而将四参数问题转化成单参数问题；并在控制过程中，依系统输出与期望差异自动改变步长因子取值，将其动态化，不但加速了初期计算，还避免了收敛时可能出现的超调或振荡；由此以参数关联和动态化为切入，改进了现有紧格式动态线性化MFAC方法，使其更为简捷和准确。某炼油单元3参数调优案例表明新方法可行，较老方法实现系统最大增益的参数调整次数由33次减少到14次，最大增益由413.4万元/年提高到542.9万元/年。     

基于遗传算法变量选择的子空间辨识方法研究

针对污水处理过程中重要水质参数BOD_5(5天生化需氧量)和COD(化学需氧量)的难以实时在线测量问题,提出了基于遗传算法变量选择的子空间辨识软测量建模方法。先利用遗传算法选出与目标变量密切相关的辅助变量,再结合子空间算法建立目标函数的预测模型。基于加州大学的UCI数据库进行仿真实验,结果表明,结合变量选择后的模型比仅使用子空间建模的模型,其预测精度得到了提高,进一步验证了文中方法的有效性。     

利用电容层析成像技术快速测量油气两相流空隙率的研究

基于12电极阵列式电容传感器电容测量信息,提出了一种油气两相流空隙率测量的新方法.该方法在实际测量过程中,首先对当前流型进行辨识,然后应用相应的空隙率测量模型计算空隙率.空隙率测量模型本质上是不同流型下对空隙率测量敏感的多个测量电容的最佳组合,该组合采用改进的遗传算法并辅以偏最小二乘获得,而流型辨识的结果则是采用电容层析成像技术结合模糊模式识别技术获得.实验结果表明,提出的空隙率测量新方法是有效的,测量精度满足工业应用的要求.     

基于效-费比TMD装置寻优的多种群遗传算法的改进

目前对于调谐质量阻尼器（TMD）性能的研究越来越多，但从效-费比方面对TMD减震控制系统进行经济性研究较少。为了获得最优效-费比下的TMD最优参数，同时兼顾成本控制与运算速度，对多种群遗传算法（MPGA）进行改进。改进内容包括从传统的单种群寻优转化为多种群同时寻优；改进适应度函数，满足目标优化同时兼顾效-费比。改进后该算法比传统遗传算法有更稳定的运算速度与运算精度，在TMD减振系统的设计中，不仅考虑减震效果因素和技术因素，还考虑经济因素，以使安装的成本和效果达到良好的平衡，既达到预期效果，又保护环境资源。     

基于改进遗传算法的PEMFC电堆温度模型建模

针对质子交换膜燃料电池（PEMFC）系统过于复杂、难以建模,而已建立的数学模型由于电堆使用的材料、结构不同,模型参数相差甚远,无法统一给出一个具有代表性的高精度的PEMFC电堆模型,难以满足PEMFC控制系统设计和应用的要求.本文从实际应用角度出发,利用传热学、流体动力学知识建立了一个千瓦级的PEMFC电堆温度模型.由于模型中一些关键参数无法由实验精确测出,但它们对模型精度的影响极大,所以需要找出一个能够高精度辨识模型参数的方法来解决这个问题.文章中提出的改进遗传算法具有良好的全局和局部的搜索、优化能力,能够高精度地辨识这些参数.仿真和实验结果验证了模型的实用性和可靠性.     

无人机倾斜摄影测量技术在地籍测量中的应用研究

地籍测量可以获取土地及其附着物的位置、权属界线、类型、面积等信息，在房地产开发中起到重要作用。无人机倾斜摄影测量技术弥补了传统摄影测量的局限性，在地籍测量中被广泛应用。为了采集到高精度的地籍测量数据，结合安溪县某村庄案例，对试验区无人机倾斜摄影地籍测量的重要环节进行分析。精度评定结果认为，影像分辨率控制在1.50cm以内时，试验区界址点中误差为±3.50cm，界址点间距中误差为±2.86cm，最终达到该试验区地籍测量的效果。     

结合遗传算子的改进粒子群算法在控制系统设计中的应用

针对粒子群优化算法容易陷入局部最优以及早熟等缺点,结合遗传算法的选择交叉变异算子进行改进,得到一种新型PSO算法.将该方法应用于PID控制系统参数调优和被控对象参数辨识,仿真结果显示所提出的算法优化效果优于基本粒子群优化算法和遗传算法,收敛性能也得到较大提高.     

基于无人机摄影测量技术的土石方快速测量方法

针对常规土石方测量方法工序复杂、安全性差、测量精度低等问题，本文提出了一种基于无人机摄影测量技术的土石方快速测量方法。文章首先介绍了无人机摄影测量技术的原理以及应用于土石方计算的技术流程，通过实例，进一步分析了该方法的具体应用步骤，同时通过和传统的DTM法测量结果进行比较，验证了无人机摄影测量技术土石方计算的精度。实践表明，该方法大大减少了土石方测量的外业工作量且内业自动化程度高、成果可靠，具有一定的实用性。     

地空两用信息采集机器人设计

随着互联网、物联网技术的快速发展,为了获得更加精确的农业信息,研制了地空两用农业信息采集机器人。首先,利用四轮驱动原理和四旋翼无人机原理,设计了行走机构和飞行机构。然后,根据机器人的工作需要设计了控制系统,并选择了机器人搭载的相关传感器。