无人机吊挂飞行的非线性控制方法设计

针对四旋翼无人机吊挂飞行系统,本文设计了一种新型控制策略.本文首先建立了四旋翼无人机吊挂系统的数学模型.其中负载被看作由刚性绳悬挂在四旋翼无人机重心位置的质点.之后本文通过能量分析的方法设计了针对此系统的非线性控制器.本文提出的控制方法可以在抑制吊挂负载摆动的同时将四旋翼无人机移动到目标位置.本文运用李雅普诺夫稳定性分析和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明.最后,通过数值仿真,分别将本控制器镇定控制和调节控制的控制效果与线性二次调节器(linear-quadratic regulator,LQR)控制器进行了对比.     

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.     

四旋翼无人机吊挂系统防摆控制方法研究北大核心CSCD

为了解决四旋翼无人机在吊挂负载飞行过程中吊挂负载在其水平方向摆角波动过大、不能消除、四旋翼无人机无法精确定位等实际工程问题,通过能量分析的方法研究提出了一种基于能量分析的四旋翼无人机吊挂飞行系统非线性耦合防摆控制器。首先,采用拉格朗日法建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统的二维动力学模型;然后,通过非线性能量耦合的方法设计了针对此系统的非线性耦合防摆控制器,通过拉塞尔不变性原理和李雅普诺夫方法证明了该闭环反馈控制系统的稳定性。结果表明,所提出的非线性能量耦合控制器能够适用于多种飞行运输情景,在其改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时均有良好的控制效果。最后,通过数值仿真,与其他基于能量分析的控制器,就其目标定位、摆角消除等控制效果进行了对比,结果表明所提出的控制器在改变飞行目标位置、吊挂负载质量、附加初始摆动时,均具有良好的鲁棒性。     

小型无人机飞行变结构控制

针对传统飞行控制系统的局限性,提出小型无人机飞行修正变结构控制策略．在 纵向轨迹控制系统中引入一饱和型变结构控制器,实现姿态角与高度的自主复合控制,解决 了小型无人机超低空飞行触地问题,同时提高了系统的可靠性．     

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。     

四旋翼无人机—吊挂载荷系统建模与控制综述

四旋翼无人机—吊挂载荷系统的建模与控制是近年的一个热门研究领域.系统是通过缆绳连接载荷与四旋翼无人机形成的欠驱动非线性系统.全状态系统的建模通常基于欧拉—拉格朗日方程.为便于设计控制器,往往对系统模型做等效变换与简化.针对不同的简化模型,使用比例—微分控制、反馈线性化、反步法等控制方法,可以实现无人机轨迹跟踪、载荷轨迹跟踪、无人机编队规划、避障等控制目标.如果系统模型存在未建模动态或未知参数,可以通过自适应控制,引入观测器等方法改进控制器.为增强鲁棒性,提升飞行安全性,可以基于最优控制理论设计控制器,并通过输入整形,添加饱和函数等方法进一步优化控制性能.在无人机路径规划等复杂的控制问题上,智能控制方法已初见成效.多无人机协同运输载荷是另一个新兴子研究课题.     

无人机安全飞行控制综述

随着无人机在军事和民用领域的广泛应用,如何在保证无人机安全的同时高效完成预定任务,成为近年来飞行控制领域的研究热点之一。基于对国内外现有研究成果的梳理与总结,本文综述了无人机安全飞行控制领域的研究现状与未来发展方向。首先,针对无人机在不同任务场景下的飞行安全要求进行了概述。随后,将无人机面临的安全飞行控制问题归纳为安全边界保护控制、不同约束下的安全控制、系统故障与攻击下的安全控制,以及无人机集群系统安全控制4个方面,并分别阐述与分析了各方面目前已有的关键控制技术。最后,对无人机安全飞行控制技术未来的发展方向进行了展望。     

无人机吊挂空运系统的自适应控制设计

针对四旋翼无人机吊挂空运系统存在的模型不确定性及欠驱动性问题,本文提出了一种基于能量耦合的自适应控制设计.首先,基于能量整形控制方法构造了一种新型的能量存储函数以处理状态耦合.然后利用神经网络对系统未建模动态特性进行在线估计,同时设计参数自适应律在线估计模型中的未知参数,并采用基于符号函数的鲁棒控制算法补偿神经网络的估计误差.本文运用李雅普诺夫方法和拉塞尔不变性原理对闭环系统的稳定性进行了证明,并且证明了负载摆动和无人机位置误差的渐近收敛性.最后,在室内实验平台上进行了飞行实验.实验结果表明,本文提出的非线性控制方法能够在有效抑制吊挂负载摆动的同时,实现无人机位置的精确控制.     

基于Multigen的无人机任务飞行仿真系统

介绍基于Multigen仿真软件Multigen Creator, Creator Terrain Studio和Vega Prime的无人机任务飞行仿真系统,在Vega Prime中建立无人机的飞行控制运动函数,实现无人机模型在虚拟仿真场景中的六自由度运动。基于.NET 2003环境下多线程编程技术和SBS网络数据传输,实现该系统的实时应用。仿真结果表明该系统能较好地模拟无人机作战飞行任务。     

无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计

针对无人机飞行控制仿真环境以数据方式输出仿真结果不利于挖掘隐藏于数据中的本质特性的缺陷,借助虚拟现实技术的相关理论,设计实现基于无人机飞行控制仿真环境的三维视景子系统,实时动态再现无人机飞行运动全过程,为研究无人机飞行运动规律提供直观的事实根据。阐述了无人机飞行控制仿真环境三维视景子系统设计实现的目标,构造了系统结构并提出了三维视景系统的实现框架,对视景系统实现的主要技术进行了着重介绍,在视景系统的具体实现中对视景数据库设计、视景系统开发、视点切换、LynX Prim e和ACF配置文件、数据通信接口的具体实现进行了详细的论述。最后给出了系统的实施效果。     

无人机协同控制研究综述

无人机(UAV)协同控制是指一组UAV以机间通信为基础、群体智能为核心,合作分工完成某一共同任务的控制方式.UAV集群是拥有一定自主能力的大量UAV基于局部规则执行各项任务的多智能体系统,与单架UAV相比,UAV集群有着高效率、高灵活性和高可靠性等优点.针对近几年UAV协同控制技术的最新发展动态,首先,从民用和军事两个...     

基于MapX的无人机生存力分析系统

生存力是无人机设计和使用中最优先考虑的技术指标之一,针对现代战场仿真对态势实时显示及分析结果直观表现的要求,应用MapX组件技术研制了无人机生存力分析系统。首先,简要介绍了MapX的主要框架和特点,讨论了无人机生存力分析系统的功能、组成,并给出了系统的模块划分和程序流程;然后,详细分析了在VC++环境中结合MapX技术实现战区地图显示、漫游、缩放以及作战想定、生存力数据显示处理的功能;最后,给出了生存力分析仿真算例。仿真实验表明,该系统能真实、直观、动态地表现无人机所处的战场地理环境,便于生存力影响因素的分析。     

无人机载荷航拍控制系统设计

针对无人机(UAV)遥感航拍过程中相机载荷参数自动化控制与飞行航迹实时跟踪的问题,提出一种能自动完成相机载荷控制与航拍控制的设计方案.首先,系统根据实验要求实时获取所在地理位置信息及环境预判信息,再根据相机控制参数表进行参数编码;然后,通过通信口发送自定义协议指令集给硬件控制电路,完成相机载荷参数设置并进行拍摄,同时航迹规划软件实时记录飞行轨迹地理坐标信息.系统设计使硬件控制平台和软件数据处理相结合,实现软硬协同控制.经无人机飞行验证,与单一参数航拍控制模式相比,该系统能根据不同的拍摄环境和拍摄场景进行相机参数的自动化控制与飞行轨迹实施跟踪.     

基于MAVLink协议的无人机系统安全通信方案

MAVLink是一种应用于无人机（UAV）与地面站（GCS）之间的轻量级通信协议,它定义了一组包括UAV状态和GCS控制命令的UAV与GCS交互的双向消息。针对MAVLink协议缺乏足够的安全机制,存在可能导致严重威胁和隐患的安全漏洞的问题,提出了一种基于MAVLink协议的UAV系统安全通信方案。首先,UAV持续交替广播连接请求。然后,GCS向UAV发送公钥,双方利用DH算法进行密钥协商计算出共享密钥,并使用AES算法对MAVLink消息包进行加密通信,完成身份认证;若UAV在规定时间内未收到GCS发送的公钥或对MAVLink消息包解密错误则主动断开连接,更新公钥后重新广播连接请求。另外,针对UAV系统存在被恶意篡改的安全问题,在启动引导时对UAV系统固件进行了自校验。最后,基于形式化验证工具UPPAAL证明了所提方案具有活性、可连接性以及连接唯一性,并对UAV PX4 1.6.0与GCSQgroundControl3.5.0的通信过程进行抓包测试。结果表明,所提的UAV系统安全通信方案能够防止在UAV与GCS通信过程中存在的恶意窃听、篡改消息、中间人攻击等恶意攻击,并且对UAV性能影响较小,较好地解决了MAVLink协议存在的安全漏洞。     

无人机三维航路自适应跟踪控制

针对无人机自动驾驶仪参数标称值偏离实际值情况下的航迹跟踪问题,提出一种无人机三维航路自适应跟踪导引律。首先在无人机自动驾驶仪参数无偏离的条件下,推导出能够跟踪三维航路的速度指令、航迹倾斜角指令和航迹方位角指令,并使用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪系统全局渐进稳定;之后考虑自动驾驶仪参数标称值偏离实际值的情况,设计自适应算法在线估计自动驾驶仪参数,得到无人机三维航路自适应跟踪导引律。仿真实验表明所提出的自适应跟踪导引律能够使无人机在自动驾驶仪参数偏离条件下有效跟踪三维航迹。     

低小慢无人机降落野外场景识别方法

针对低小慢无人机野外飞行场景复杂自主降落场景识别问题,提出了一种融合局部金字塔特征和卷积神经网络学习特征的野外场景识别算法。首先,将场景分为4×4和8×8块的小场景,使用方向梯度直方图（HOG）算法提取所有块的场景特征,所有特征首尾连接得到具有空间金字塔特性的特征向量。其次,设计一个针对场景分类的深度卷积神经网络,采用调优训练方法得到卷积神经网络模型,并提取深度网络学习特征。最后,连接两个特征得到最终场景特征,并使用支持向量机（SVM）分类器进行分类。所提算法在Sports-8、Scene-15、Indoor-67以及自建数据集上较传统手工特征方法的识别准确率提高了4个百分点以上。实验结果表明,所提算法能有效提升降落场景识别准确率。     

固定翼无人机在线航迹规划方法

在不确定环境下,针对固定翼无人机（UAV）航迹规划问题,提出了一种基于滚动时域控制的模糊粒子群优化算法与改进人工势场法相结合的在线航迹规划方法。首先,对凸多边形障碍物进行最小外接圆拟合;然后,根据静态威胁,将规划问题转化为一系列时域窗口内的在线子问题,利用模糊粒子群算法实时优化求解以实现静态避障;当环境中存在动态威胁时,使用改进人工势场法对航迹进行调整完成动态避障。为了满足固定翼无人机的动态约束,同时提出固定翼UAV的碰撞检测法,可提前判断障碍物是否为真正威胁源,以此减少转弯频率和幅度,降低飞行代价。仿真实验结果表明,所提方法在固定翼UAV航迹规划中能有效提升规划速度、稳定性与实时避障能力,且克服了传统人工势场容易陷入局部最优的缺点。     

基于孪生区域候选网络的无人机指定目标跟踪

基于孪生网络的目标跟踪目前取得了阶段性进展,即克服了孪生网络的空间不变性在深度网络中的限制,然而其仍存在外观变化、尺度变化、遮挡等因素影响跟踪性能.针对无人机(UAV)指定目标跟踪中的目标尺度变化大、目标运动模糊及目标尺度小等问题,提出了基于孪生区域候选注意力机制网络的跟踪算法Attention-SiamRPN+.首先...     

无人机图像拼接算法综述

无人机图像拼接是一个日益受到关注的研究领域,已经成为了照相绘图学、计算机图形学等研究的热点。首先给出了无人机图像拼接的一般步骤,重点归纳了三种特色鲜明的配准算法,然后简单阐述了图像融合的步骤和算法,最后通过归纳分析选定了适合无人机图像拼接的算法,并且展望了该领域的前景。