旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型与实验研究北大核心CSCD

以转旋型无人直升机为研究对象,文中对其飞行动力学进行了数学建模,针对主尾桨、旋翼、机身、垂尾以及平尾创建气动力学模型,根据各部件力矩及气动力,通过微分方程模拟运算机体运动姿态,实现对旋翼型无人直升机非线性飞行动力学模型的创建。把飞行控制系统、遥控遥测软件、后台模型解算、前台仿真控制台集成为一个完整的闭环系统,降低仿真系统复杂性,提高仿真有效性。在进行旋翼型无人直升机起飞、航路飞行、着陆仿真试验时,旋翼型无人直升机在飞行过程中侧偏较小,实际飞行航线基本覆盖给定航路。这表明该文对旋翼型无人直升机非线性动力模型具有较高的置信度,这对控制律设计、仿真验证比较适合,仿真系统实时性达到预期效果。     

基于Matlab/FlightGear的四旋翼无人机仿真实验平台设计

文章以六自由度四旋翼无人机模型为基础,设计并建立了基于FlightGear的仿真实验平台。该平台基于Matlab/Simulink实现无人机模型及控制系统的仿真设计,使用Statef low实现无人机起飞、轨迹跟踪飞行、返航、降落的模式切换,并与FlightGear进行对接,实现完整飞行场景下四旋翼无人机的三维实时可视化显示。     

无人直升机串级LADRC控制器设计及其视景仿真实现

针对无人直升机控制器严重非线性、强耦合的控制问题,该文基于亚拓600系列无人直升机动力学模型,设计一种改进的二阶线性自抗扰控制器。先将跟踪微分器添加到线性扩张状态观测器中,并估计影响输出结果的干扰;其次改进控制器结构与反馈补偿系数,同时针对传统仿真系统难以适应飞行控制器仿真需要的问题,完成对包括飞行控制器、视景平台的升级改进,并针对飞行控制器和视景仿真平台之间的通信交互机制进行了详细设计,使之完全等效于实际飞行场景。仿真结果表明,该系统飞行控制模块能够快速响应所输入的指令,并能够按设定的角度位置进行飞行,三维视景中直观显示所设计的控制器对于无人直升机的姿态位置有较好的控制效果。     

基于JSBSim的可视化飞行仿真系统

为了模拟一个具有高真实感飞行动力学模型,并且扩展后可以与联合作战仿真系统中其它武器装备进行交互的飞行器,本文使用Unity开发了一套基于JSBSim飞行动力学模型的可视化飞行仿真系统.该仿真系统先对输入设备的输入数据进行解析,然后利用JSBSim飞行动力学模型进行计算,最后根据计算结果对飞机的姿态、位置和速度等信息进行...     

无人直升机大屏幕多通道视景飞行仿真技术

为了更好地演示无人直升机飞行控制的仿真效果,开发了无人直升机飞行控制多通道视景仿真平台,该平台使用3个通道在弧形大屏幕上演示仿真效果。软件部分使用Visual C++6.0编程,利用Creator软件建立无人直升机三维模型和飞行场景,采用Vega软件实现动画显示效果。硬件部分由3台计算机、3台投影仪和2个控制杆组成,实现多通道视景仿真数据的传输及同步,以及三通道视锥配置,并实现三通道渲染场景的无缝拼接。通过无人直升机在此平台上的飞行仿真证明,该多通道视景仿真系统比传统视景系统的显示效果更为突出。     

太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台的设计与实现

为了更好地分析和设计太阳帆航天器飞行控制系统,文章开发了太阳帆航天器三维动画可视化仿真平台。文章通过Visual C++6.0编程,MFC开发软件主界面,Creator建立太阳帆模型和飞行环境及利用Vega实现三维可视化显示。通过多通道多视点技术及视点控制技术,实现在不同的通道中分别观察太阳帆的飞行轨迹和姿态变化;通过MATLAB和VC++的交互编程,利用MAT文件仿真数据驱动多个运动体同时运动;利用Vega和Open GL混合编程,增加了飞行轨迹及文字信息显示的功能。本文成功地演示了太阳帆航天器从地球同步轨道转移到火星同步轨道的三维动画可视化仿真,验证了本仿真平台的有效性和先进性。     

FlightGear在无人机实时飞行仿真中的应用

无人机实时飞行仿真是无人机研制中不可缺少的一个过程,但是对于小型无人机来讲,开发一个完整的实时飞行仿真系统往往花费巨大。详细论述基于xPCTarget的实时仿真系统设计,在此基础上,利用FlightGear飞行模拟器实现了无人机的三维实时可视化显示。该仿真系统开发简单,构造灵活,成本低,能够使开发人员将更多的精力花费在飞行控制算法研究上。     

面向大跨度机动飞行的高超声速飞行器自抗扰轨迹线性化控制

针对高超声速飞行器大跨度机动飞行所引起的本质非线性及强耦合动力学特性、执行机构输入受限、多源气动参数摄动及外部环境干扰并存情况下的姿态跟踪控制问题,结合模型辅助自抗扰控制技术,构建并阐述了基于轨迹线性化控制框架的集抗饱和与主动干扰补偿于一体的姿态控制体系。首先,面向控制角度,将姿态和角速率子系统描述为带不确定性的严格反馈形式;其次,基于自抗扰控制的设计思路,采用跟踪微分器对姿态标称指令及其微分安排过渡过程,解决单一轨迹线性化控制中的执行机构饱和问题;分别针对姿态与角速率回路构造包含模型信息的扩张状态观测器对总干扰进行观测并补偿,克服大范围不确定性对闭环跟踪性能的影响;基于轨迹线性化控制思想,分别设计前馈跟踪控制律和反馈镇定控制律,实现姿态跟踪误差沿着标称指令镇定。仿真结果表明,该控制方案能够实现给定大幅度制导指令下的高精度抗干扰控制,且对于再入过程中的多源干扰大范围摄动具有较强的适应能力。     

一种基于STM32的航模直升机飞控系统设计

介绍了一种以STM32微控制器为核心,基于多传感器检测和自适应PID算法的航模直升机飞行控制系统的设计方案。在分析了航模直升机的操作系统结构的基础上,建立了航模直升机在悬停和低速飞行时的动力学模型。并在该动力学模型的基础上设计了姿态控制、航向控制。最后通过对仿真数据和试飞数据的对比分析,表明系统设计的正确性和可行性。     

一种基于STM32的航模机飞控系统设计

摘要：介绍了一种以STM32微控制器为核心,基于多传感器检测和自适应PID算法的航模直升机飞行控制系统的设计方案。在分析了航模直升机的操作系统结构的基础上,建立了航模直升机在悬停和低速飞行时的动力学模型。并在该动力学模型的基础上设计了姿态控制、航向控制。最后通过对仿真数据和试飞数据的对比分析,表明系统设计的正确性和可行性。     

飞行仿真系统中三维地形的仿真实现

三维地形是飞行仿真系统中的重要组成部分,机场跑道作为飞机起飞降落过程中不可或缺的部分,其真实感直接影响着飞行仿真系统中地形的真实感.为了创建包含高真实感机场跑道的三维地形,在Unity下利用FlightGear中的地形数据、机场纹理数据及Google Maps纹理数据,通过动态创建地形网格和材质的方法,结合多线程技术,...     

四旋翼飞行器设计与平稳控制仿真研究

近年来,军用和民用市场的广阔应用需求和独特的优势促进了四旋翼飞行器(Quadrotor Helicopter)的发展。根据自主设计制作的样机,建立了四旋翼飞行器的动力学和动力系统动力学模型,并把卡尔曼滤波器应用于姿态解算,PID控制器用于姿态控制。仿真和试飞结果表明,所提出的控制策略是可行的,验证了动态模型建立的有效性。     

Fuzzy Multi-model Switching H-Infinity Control for Helicopters in a Full Envelope

This paper presents a fuzzy multi-model switching H-infinity control law for a helicopter in a full envelope. The space of the nonlinear model for a helicopter is partitioned to some sub-spaces of the multiple linearized models using the fuzzy set theory. We use the genetic algorithm to design a local H-infinity controller for each linearized model of the helicopter at the different equilibrium point. The fuzzy logic strategy can handle smoothly the controller switching of the linearized models of the helicopter. The flight controller for the helicopter is synthesized using the proposed control law design technique. The simulation and performance evaluation show that the designed helicopter flight control can guarantee the smooth switching of control laws of the helicopter.     

无人机视觉自主着陆仿真系统

计算机视觉导航技术具有精度高、不受电子干扰,成本低等特点,被誉为未来无人机自主着陆的必备手段之一。作为新一代着陆技术手段,视觉自主着陆技术需要进行大量的算法研究和飞行试验,因此有必要建立一个在实验室环境来验证所提方案的可行性。本文将虚拟现实、 可视化技术与计算视觉导航算法紧密结合起来,开发了一种无人机视觉自主着陆仿真验证系统, 构建场景模块,能够在复杂三维地形、不同气象条件下对无人机视觉自主着陆算法进行仿真验证, 实时计算和输出无人机着陆所需位置姿态参数。实验结果表明：该系统真实反映了无人飞行器飞行过程中的动态特性以及姿态角等的变化,并且具备良好的用户显控界面,验证了视觉自主着陆算法的可行性。     

民机自动飞行控制虚拟仿真实验设计与实现

围绕现代民航机务维修工程行业人才培养的需求,突出学科优势与专业特色,设计开发了民机自动飞行控制虚拟仿真实验。针对民机运行中典型的姿态、轨迹自动控制过程开展虚拟仿真实验,再现飞行真实场景,还原自动控制中姿态变化、飞行轨迹、运动参数、舵面偏转的动态过程,探究控制参数对自动控制性能的影响规律,实现抽象概念形象化、理论问题工程化、动态过程立体化、变化规律明晰化,有效解决民机自动飞行控制可视化实验难以开展、成本高昂的局限性,为电子信息工程专业的虚实结合教学实践体系提供了重要支撑和补充完善。     

大攻角下基于信息融合的攻角/侧滑角估计方法

攻角和侧滑角是飞控系统和导航系统的重要参数。针对高性能飞行器在大攻角飞行时攻角和侧滑角不能精确测量问题,引入飞行动力学模型,选取姿态、姿态角速率、气流角和速度等飞行参数作为状态向量,以惯性导航系统提供的姿态、姿态角速率、加速度组成观测向量,构建扩展卡尔曼滤波器,融飞行动力学模型求解和状态估计的过程为一体,实现攻角和侧滑角实时精确估计。利用X-Plane系统的飞行仿真数据对攻角/侧滑角估计方法的可行性和有效性进行了验证。仿真结果表明,该方法不仅具有较高的精度、良好的稳定性和鲁棒性,而且可提高大气数据系统的测量范围和可靠性,能够有效地适用于大攻角飞行环境下攻角和侧滑角的测量。