扑翼飞行器的建模与控制研究进展

扑翼飞行器（Flapping-wing air vehicle,FAV）即通过模拟昆虫以及鸟类飞行方式而制造的仿生机器人.与常见的固定翼和旋翼飞行器相比,具有效率高、质量轻、机动性强、耗能低等显著优点,是飞行器发展的重要方向.关于扑翼机的研究始于上世纪后期,现如今从理论探索到机体开发都有了可喜的成果.本文首先介绍了世界领先的几款扑翼飞行器的特点,接着简述了扑翼飞行器在动力学、能源、控制等方面的发展现状,并对未来的研究方向做出了展望.     

仿猎鹰扑翼飞行器自主飞行控制系统设计

仿生扑翼飞行器作为一种新型的飞行器,具有噪声小、隐蔽性好、机动性强、能量利用效率高等优势,在民用和军用领域具有广阔的应用前景.仿生扑翼飞行器的自主飞行能力是高效执行飞行任务的关键.目前,国内外飞行器的自主飞行研究已经取得了一些成果,然而鲜有以仿生扑翼飞行器为载体的研究.仿生扑翼飞行器特有的驱动结构给自主飞行控制研究带来了较大的挑战.本文以仿猎鹰扑翼飞行器作为研究平台设计了自主飞行控制系统.由于仿猎鹰扑翼飞行器的负载较小,本文采用了重量较轻的STM32微型计算平台作为主控芯片设计了硬件系统.由于微型计算平台的算力有限,本文综合考虑制导精度和运算速度,提出了一种线性/非线性切换制导算法,并通过仿真实验与线性制导、非线性制导算法进行了对比,证明了其更加适合于仿猎鹰扑翼飞行器.考虑到仿猎鹰扑翼飞行器的机构滞后问题,对其滚转角和高度设计了一个串级PID控制器.结合面向仿猎鹰扑翼飞行器的地面站软件,最终实现了基于仿猎鹰扑翼飞行器的自主定高圆弧轨迹跟踪任务.     

仿鸟扑翼飞行器仿真研究

针对仿鸟扑翼飞行器的柔性翼动力学仿真需要,在非定常空气动力学原理下,用修正的准定常气动力计算模型估算出了扑翼的动力学模型,并建立了其相应的状态空间方程,进而分析研究了在Matlab语言和Simulink环境下,对其仿真系统设计得需求和要求。     

微扑翼飞行器控制系统相关技术研究进展

微型扑翼飞行器(FMAV)由于微型化和采用扑翼飞行方式的特征,许多传统理论和设计方法不再完全适用,相关理论和技术仍在不断地发展中,所以对国内外相关理论和技术的发展现状进行及时跟踪和研究,具有非常重要的参考意义;通过调查研究,介绍了与微型扑翼飞行器控制系统有关的低雷诺数非定常空气动力学、控制系统数学模型、控制方案和控制方法等的研究进展,总结出了微型扑翼对飞行器控制系统的设计要求,控制系统的特点和需要解决的关键问题,并展望了未来发展趋势。     

仿生扑翼飞行器的研究现状及关键技术

本文简要介绍了仿生扑翼飞行器的概念、特点及其应用,概述了仿生扑翼飞行器在国内外早期和当前的研究现状及未来的发展趋势。在此基础上,就目前研究中迫切需要解决的一些关键技术进行了讨论,并结合目前研究情况,对我国仿生扑翼飞行器的未来发展前景进行了展望。     

微型扑翼飞行器的自适应位置跟踪控制器

微型扑翼飞行器是飞行器发展的重要方向,其位置跟踪控制成为该研究面对的首要问题.本文针对微型扑翼飞行器(flapping wing micro aerial vehicle,FWMAV)的位置跟踪控制问题展开研究,提出了一种可以避免控制系统陷入奇异且理论跟踪误差为零的自适应控制器.具体而言,首先提出了零梯度位置跟踪控制器.而后,理论分析表明其在解决FWMAV位置跟踪控制问题时存在局限性,即该控制器总是存在理论位置跟踪误差.为了弥补这一缺点,对零梯度控制器进行改进,提出了一种理论位置跟踪误差为零的自适应控制器,并利用非线性激励函数加快了位置跟踪误差的收敛速度.最后,仿真实验验证了该控制器的优越性.     

基于OpenCV的微型扑翼飞行器视觉伺服系统

设计一种基于OpenCV的微型扑翼飞行器视觉伺服控制系统.首先介绍微型扑翼飞行器的运动学规律,并对整个控制系统做了简要概括,最后提出一种用于检测微型扑翼飞行器运动轨迹的计算机视觉算法.实验测试表明,该算法与传统的背景差分法等方法相比,对前景运动区域的分割更为精确.     

微扑翼飞行器驱动电路设计

扑机械昆虫是很小、高机动的仿昆飞行机器人,在勘探、环境监测、搜索和救援、监视等一系列任务中非常有用.压电执行器有小尺寸、高效率、高功率密度的优势,这展示了在微机器人领域的应用前景.实验是通过升压转换器将3.7V锂电池增加到250 V以上实现的.通过展现压电驱动器的驱动要求、电路拓扑和用于微机器人的压电驱动器的不同控制方式来探索驱动电路设计,并提出克级驱动电路.     

仿鸟扑翼飞行器姿态镇定研究

针对仿鸟扑翼飞行器的欠驱动特性,提出了一种简化其飞行控制问题并实现其局部渐近稳定的控制方法．建立并分析了仿鸟扑翼飞行器的动力学和运动学模型,证明其控制问题等价于升力、推力独立可控情况下的姿态控制问题．进一步分析的结果表明,仿鸟扑翼飞行器的升力、推力都是独立可控的,其姿态控制为耦合输入下刚体的姿态控制问题．通过设计光滑时变反馈控制律实现姿态控制的局部渐近稳定,从而解决扑翼飞行器的飞行控制问题．     

电磁振动式微扑翼飞行器动态特性研究

电磁驱动具有驱动电压低、作用力大等优点, 是微机械领域一种重要驱动方式。本文设计了一种电磁振动式微扑翼飞行器，在此基础上，建立了电磁振动式微扑翼飞行器非线性动力学模型，研究了不同电磁力激励下系统动态特性，获得了系统固有频率，并得出方波和正弦半波电磁力驱动能够产生较大扑动幅度的结论。最后，研究了电磁振动式微扑翼飞行器机-磁耦合非线性系统动态特性，研究结果表明电磁振动式微扑翼飞行器适合采用正弦半波电压激励，而且通过结构改进措施，提高了扑动的对称性和稳定性。     

无人机飞行控制系统模拟器设计

提出了一种基于工业控制计算机开发的某型无人机飞行控制系统模拟器设计;详细介绍了系统设计原理，给出了硬件构成方案、软件功能模块组成和程序流程图，最后分析了测试结果；该模拟器充分利用了当前计算机技术、自动控制技术、系统实时仿真技术和面向对象编程技术，具有功能强大、界面友好、操作灵活的特点。可用于无人机系统先期设计验证或后期测试维护；实际使用情况表明该系统性能良好，完全能够代替真实飞行控制系统进行实时仿真试验。     

基于神经网络的无人机滑模飞行控制设计

针对无人机受扰运动,基于Backstepping方法和非线性滑模控制提出了一种鲁棒神经网络飞行控制方案。对无人机姿态角速度层的系统不确定性项,采用径向基函数神经网络并对其权值进行在线调整,从而实现对其进行逼近。将回馈递推设计方法与滑模控制方法结合起来,基于神经网络的输出为无人机设计了一种回馈递推滑模飞行控制器。所设计的飞行控制器用于无人机的姿态控制,仿真结果表明所研究的无人机鲁棒神经网络飞行控制方案是有效的。     

基于ARM的空中机器人飞行控制系统的设计

提出了一种基于ARM9内核的嵌入式处理器S3C2440的空中机器人飞行控制系统的设计方案,详细介绍了系统的硬件结构组成及基于嵌入式Linux操作系统的飞行控制软件设计,并描述了软件的功能划分和控制策略的实现。该飞行控制系统使空中机器人具备遥控遥测、指令处理、姿态控制飞行和自主导航等功能,成本低、性能高。     

无人机地面站飞行监控系统软件设计

介绍了飞行监控系统软件的组成、设计原理和工作流程,以及采用的关键技术,并说明了系统在联试过程中出现的问题和处理方法;飞行试验结果表明,本系统能够实时显示无人机的飞行姿态、飞行轨迹、位置及参数,实现任务航线的编辑、装订与显示,发送飞行控制指令,实时性高,操作方便,连续工作48小时无异常。     

无人机模糊飞行控制器设计

近年来,无人机凭借其各种优势,受到了各国越来越多的关注;飞行控制系统是现代无人机的核心,其控制律设计结果对无人机飞行特性的影响至关重要,决定无人机是否能够满足自主飞行要求;为了获得更好的控制效果,保证无人机能更好地适应复杂环境和任务,在常规模糊控制方法的基础上引入修正因子和积分抑制策略,设计出了一种模糊飞行控制器;仿真结果表明,该控制器具有较好的控制效果和较强的鲁棒性,较一般的模糊控制系统具有控制速度快、精度高、鲁棒性强等特点,更能适应无人机的特殊要求.     

涵道风扇飞行器飞行控制技术与分类

飞行控制设计的最新进展提高了复杂自主飞行器完成各类任务的能力.在各类垂直起降飞行器中,涵道风扇飞行器(DFAVs)是一种非常重要的尾座式飞行器,其运动和驱动部件由称为涵道的环形机身所屏蔽.这一结构使得其能够很好地保护飞行器自身和操作人员的安全,让飞行器能够在狭窄、杂乱和危险的环境中飞行.此外,DFAVs具有固定翼飞机和直升机的特点,能够同时展现它们的优良特性,如长时居高监视能力和大有效载荷能力.本文是关于DFAVs的第1篇综述论文,旨在概述与其相关的几个方面的最新进展.首先,综述了世界范围内开发的此类飞行平台的历史与分类,并总结了它们的优缺点.然后,介绍了用于控制这些飞行器的多种控制方法.最后,给出总结,并讨论了现存的挑战,以及新的研究趋势.     

民用无人机飞行控制器软件设计

介绍了民用摄像无人机飞行控制器软件的功能需求。基于数据流图设计了软件的逻辑模型,利用结构化方法设计了软件的模块构成。在程序权限分配和接口设计时采用了智能递阶控制思想。程序的多运行模式流程实现采用了多个互斥主循环加中断的结构。最终设计的飞行控制软件具有4个功能层次,能够在飞控、测试和调参3种模式下运行。介绍了软件设计中的几项专门技术。所设计的软件具有功能集成度高、稳定性好、可扩展性强等特点。     

机动再入飞行器半实物仿真系统及软件

本文描述了机动再入飞行器半实物仿真系统的组成系统软件设计，涉及到六自己度仿真、精确顿时控制、数据的高速转、仿真机与导航机的通讯以及仿真结果的处理等问题。     

小型无人机飞行控制器的硬件设计

以80C196KC单片机和可编程微控制器外围器件PSD813F1为核心设计了小型民用无人机飞行控制器的硬件，对设计中的关键技术进行了研究，系统具有设计精炼，可靠性高，开发性等特点。     

无人机吊挂飞行系统的减摆控制设计

主要考虑了四旋翼无人机（Unmanned aerial vehicle,UAV）吊挂飞行系统的位置控制及负载摆动抑制的设计问题.在存在欠驱动特性以及未知系统参数的约束下,本文基于能量法设计了一种非线性控制策略,实现了对无人机位置的精确控制和飞行过程中负载摆动的快速抑制.基于Lyapunov方法的稳定性分析证明了闭环系统的稳定性,位置误差的收敛及摆动的抑制.实验结果表明本文提出的控制策略取得了较好的控制效果.