基于强化学习的固定翼飞机姿态控制方法

研究基于强化学习的飞机姿态控制方法,控制器输入为飞机纵向和横向状态变量以及姿态误差,输出为升降舵和副翼偏转角度指令,实现不同初始条件下飞机姿态角快速响应,同时避免使用传统PID控制器和不同飞行状态下的参数调节.根据飞机姿态变换特性,通过设置分立的神经网络模型提高算法收敛效率.为贴近实际的固定翼飞机控制,仿真基于JSBSim的F-16飞机空气动力学模型,利用OpenAI gym搭建强化学习仿真环境,以任意角速度、角度和空速作为初始条件,对姿态控制器中的动作网络和评价网络进行训练.仿真结果表明,基于强化学习的姿态控制器响应速度快,动态误差小,并能避免大过载等边界条件.     

飞行试验机翼变形测量的一种方法

飞机飞行过程中的机翼变形会引起武器在俯仰、滚转和偏航3个方向的姿态变化,三维姿态变化的大小将直接影响武器对目标的命中性能,需要对不同飞行状态下武器的三雏运动姿态进行测量,修正真实飞行状态下机翼变形引起的对准误差.在吊舱中安装两台高速摄像机同时拍摄机载武器,对采集到的序列图像进行处理,就能获得机载武器空中挂飞过程中的三维运动姿态参数.     

基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统

传统飞机飞行姿态滑膜控制系统,存在飞机飞行姿态自适应系数稳定性差的问题,在控制过程中会受到多重因素影响,导致飞行姿态可控误差系数增大,需要辅助控制系统修正才能完成飞行姿态的控制操作;针对上述问题,提出基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统;系统硬件基于PID自适应滑模控制器,对飞机飞行姿态控制器进行结构设计;软件部分通过引入自适应滑模控制策略,对PID控制器姿态控制变量进行适配;引入AFSMC算法计算姿态控制器当前时间点下的运动控制方程,得到飞行姿态自适应滑模控制的最优量,完成基于AFSMC算法的飞机飞行姿态自适应滑模控制系统设计;实验结果表明,所设计系统能够在不同飞行工况下,对飞机飞行姿态作出准确控制,系统的整体控制精度范围为90%~97.4%,飞机飞行控制稳定性较好,有效提升了系统对飞机飞行姿态的控制准确度。     

基于CDKF的飞机姿态角估计

针对扩展卡尔曼滤波(Extend Kalman Filter ,EKF)在飞机姿态估计中存在着计算复杂、线性化误差大等缺点,将一种基于Stirling内插公式的非线性滤波算法—中心差分卡尔曼滤波算法(Central Difference Kalman Filter, CDKF)应用于由低精度高噪声传感器组成的低成本飞机姿态估计系统中。首先建立基于四元数的飞机姿态数学模型,然后用CDKF方法进行姿态估计,并通过实测数据进行验证。实验结果表明, CDKF方法不仅有效地提高了飞机姿态估计的精度和稳定性;而且不需要模型的具体解析形式,避免了复杂的Jacobian矩阵的计算,算法更简单,也更容易实现,优于常用的EKF方法。     

电容式油量测量系统的姿态误差分析

针对目前飞机上电容式油量传感器测量燃油时产生的姿态误差问题进行了研究,以飞机上的规则油箱为例,从理论上详细地分析了电容式油量测量系统的姿态误差,并绘制出其误差曲线,给出了减小姿态误差的方法,最后提出了在姿态误差最小的准则下确定传感器的最佳安装位置;文中提出的减小姿态误差的方法,不仅有利于提高燃油测量系统的可靠性和安全性,而且可以改善燃油测量系统的维修性,使燃油量测量技术跃上了一个新的台阶。     

多舭线复合船高速水动性能数值计算与水池试验

为研究水陆两栖飞机多舭线复合船在静水面高速航行时的水动力性能,采用数值计算和水池试验进行研究,得到了水陆两栖飞机多舭线复合船在静水面高速航行时的阻力和姿态。通过对比数值计算结果与水池试验结果可知：结果趋势基本相同,阻力误差在10%以内,姿态误差在1.5°以内,表明数值计算精度较高,且研究方法可行。     

基于机动动作库的飞机航路飞行仿真研究

研究飞机的航路飞行仿真技术,在空战对抗仿真中有着广泛应用.针对当前飞机动力学模型的仿真方法实时性较差以及航迹组合的仿真方法精度较低,且不能提供实时姿态信息等缺点,在航迹组合方法的基础上应用飞机动力学模型在典型状态下的简化形式,提出了一种基于机动动作库的飞机航路飞行仿真方法.仿真结果表明,可以更真实地模拟飞机航路飞行航迹,同时飞机的姿态信息也得到了实时展现.因此,能够满足空战对抗仿真在仿真精度和可视化方面的需求.     

基于Mahony与误差状态卡尔曼滤波融合的姿态解算方法

针对惯性测量单元(IMU)精度较低的问题以及传统姿态解算算法误差较大的缺点,提出了一种基于IMU的融合Mahony滤波与误差状态卡尔曼滤波(ESKF)的姿态解算方法。为降低因非重力加速度及磁干扰所带来的误差,根据加速度计和磁力计的置信度设计两个不同的自适应PI控制器改进Mahony算法,IMU测量数据经其解算,作为ESKF的量测值。ESKF将真实状态定义为名义状态与误差状态的组合,间接完成对系统状态的估计。因误差量为小量,所以误差状态线性化时的误差更小,雅克比矩阵的计算更简单。经实验验证,相较于传统姿态解算算法,融合算法能有效减少高频噪声、数据漂移带来的误差,提高姿态解算精度。     

无位置输入的民机姿态航向误差修正算法

姿态更新算法与姿态误差修正算法是捷联姿态航向参考系统中一项长期研究的关键技术。研究了在无位置输入和无法计算位置项引起地球自转分量无法补偿的情况下,针对姿态航向系统仍必须提供可靠的、正确的姿态航向信息这一突出问题,提出了忽略误差方程中微小量,利用飞机航线覆盖区域的中心纬度值替代误差方程中的纬度项,将简化后的算法引入的误差等效为陀螺漂移和加速度计零位的思想。设计了基于四元数的内阻尼卡尔曼滤波器,更新姿态四元数修正误差。结果显示对于漂移为10°/h的光纤陀螺构建的系统,修正后姿态精度优于0.3°,航向精度优于1°。     

自主姿态测量算法研究

航姿系统一般不实时计算速度和位置信息,无法补偿地球自转和表观运动引起的分量误差,同时陀螺漂移较大,载体长时间持续机动时,出现姿态精度不高,甚至发散的问题。提出了一种基于卡尔曼滤波的姿态融合算法,将等效陀螺漂移列入系统状态,利用卡尔曼滤波的新息对运动状态进行判别,在一定条件下,用加速度计的输出作为量测量进行卡尔曼滤波的量测更新过程。实验结果表明,所提出的姿态融合算法考虑了陀螺漂移,能提高载体长时间机动时的姿态精度。     

改进PSO-BP算法在飞机剩余油量测量中的应用

针对飞机在飞行时油箱因受震动引起油面起伏不平,导致原有静止状态时的计算模型产生较大测量误差,提出采用BP神经网络的预测飞机剩余油量;但由于BP神经网络存在学习效率低、收敛速度慢和易陷入局部极小等局限,采用改进粒子群算法优化BP神经网络的训练;将改进PSO-BP算法用于飞机剩余油量的测量,实验结果表明,与传统BP学习算法比较,改进PSO-BP算法具有训练时间短,相对误差小,控制精度高等优点,有效地提高了油量测量的精度。     

基于计算机视觉的飞机燃油非接触式测量系统

为了实现飞机在任意飞行姿态下燃油量的测量,提出了一种新型的飞机燃油测量 系统。首先采用基于计算机视觉的非接触性液位感测技术,测得油箱中油位高度。然后采用 CAD 技术对油箱建模,实现了飞行姿态误差的修正。实现在油箱外对当前液面进行实时观测和 三维重建,无需对油箱内燃油通电,避免了传统测量方式的电磁干扰、电路磨损问题,提升了 燃油系统的安全性和可靠性。实时精确地测量剩余燃油量,对飞机的加输油控制、系统状态监 控、故障诊断隔离等功能具有重要意义。该油量测量方式与传统方式相比具有数字化、智能化 程度高、抗干扰能力强、可靠性高等优点。     

非规则油箱油量的测量方法

针对采用电容传感器测量油箱中油量的传统测量方法的弊端,提出了非规则油箱的数学模型建立方法及其油量的计算方法,从理论上详细地分析了利用线性电容传感器测量非规则油箱时产生姿态误差的原理,给出了姿态误差的修正方法,最后提出了在姿态误差最小的准则下确定传感器的最佳安装位置;该研究对提高非规则油箱的油量测量精度具有很大的实用价值.     

飞机油箱燃油量体积特性计算与油量测量仿真

飞机油箱体积特性数据库是油量测量计算的基础,直接影响油量测量的精度;针对目前将油箱模型离散化为有限规则单元,再进行叠加计算燃油体积方法存在的通用性差与精度低的不足,文章根据飞机油量传感器测量高度、飞行姿态以及三轴加速度信息,确定出油平面,并以此作为分割平面,通过CATIA二次开发实现油箱燃油体积特性数据库自动生成;根据特性数据库的特点与机载数据要求,采用后向试探法对数据库进行压缩与优化;模拟飞机油量测量过程,设计油量测量仿真软件,仿真结果表明;油量计算的相对误差小于1%,按所采用方法计算的数据库能达到工程要求。     

一种无振荡误差的车载惯导系统测姿方法

车载GPS/INS组合导航系统中的卫星信号易受环境影响出现失锁,而惯导独立工作时处于无阻尼状态,其特有的机械编排导致解算的姿态信息中存在舒勒振荡和傅科振荡误差,因此无法满足测量系统对姿态信息的高精度需求。为此,提出一种基于罗经方案的无振荡误差的车载惯导姿态确定方法,通过将加速度计测量的载体运动加速度进行低通滤波处理,引入惯性坐标系并间接地建立载体与导航坐标系之间的姿态转换矩阵,改变惯导无阻尼解算模式并实现系统无振荡性误差的姿态信息的求解。试验结果表明,论文提出的无振荡误差测姿方法具有为车载平台提供准确姿态信息的可行性与可靠性。     

铁饼数据分析系统中姿态计算方法的研究

本文分析了惯性导航系统的优点,将其应用到铁饼运动数据分析系统中,并采用四元素法求解铁饼姿态。另外,在典型圆锥运动环境下,进行了姿态角误差仿真,通过仿真结果分析,该方法是计算铁饼姿态的有效方法。     

基于偏振光传感器的全姿态角解算方法研究

针对小型无人机三维空间内姿态解算的问题,提出了一种仅利用偏振光传感器进行全姿态角的解算方法.利用偏振光传感器测量的偏振方位角,及通过观测位置和观测时间计算得到的太阳方位角,可以求得当前的航向角.利用太阳矢量在导航坐标系和载体坐标系中的投影,通过解算姿态方程解算出当前的俯仰角与横滚角,实现全姿态角的解算.通过仿真实验证明了该方法的有效性,解算出的姿态角误差在1°以内,能够有效地满足小型无人机的需求,为无人机导航提供一种全新的导航方法.     

旋转弹用滚转角磁测系统设计

针对传统捷联式惯性测量系统存在积累误差导致滚转角测试误差较大的问题,设计一种新型的基于纯地磁场信息的滚转角磁测系统。该系统以磁测姿态原理为基础,以嵌入式微控制器STM32F415为控制、解算核心实现对滚转角的测量。通过高精度三轴速率转台的飞行仿真实验结果表明,该滚转角磁测系统能够实时准确地解算出载体滚转角,测量误差保持在 3度以内,具有较强的可行性和较高的测试精度。该滚转角磁测系统具有体积小、测量误差不随时间积累等优点,为旋转弹的滚转角测量提出了新的思路,具有一定的工程应用价值。     

仿生鳍条姿态测量及其误差分析

仿生鳍条是仿生机器鱼的核心运动机构,为提高其运动控制精度,针对其轻巧、微小的结构特点,设计了以质量轻、体积小、精度高的MEMS陀螺仪ADXRS290和ADXRS453为核心的仿生鳍条姿态测量系统,可实现仿生鳍条偏航角、俯仰角和滚转角的实时测量;针对仿生鳍条姿态测量中随机误差较大的特点,给出了一种以Allan方差为主的姿态测量误差算法,然后通过实验采集测量数据,定量分析了各运动姿态误差项;实验结果表明,角速率随机游走和零偏不稳定性是姿态测量的主要误差项,在后续误差处理中做针对性处理能提高姿态测量精度,对提高仿生鳍条运动效率有很大的意义。