某大型无人机实时仿真系统的快速原型设计

针对某大型无人机建立无人机、舵机、传感器的数学模型,在MATLAB/Simulink环境下建立无人机仿真系统快速原型模型并进行优化,将仿真系统快速原型模型自动转化为可执行的应用程序,并直接加载到目标仿真计算机上运行,最后进行仿真验证并对系统的功能和性能进行测试;仿真结果表明,快速原型技术在降低无人机仿真系统设计难度、缩短设计周期的同时,能够满足飞行仿真试验对无人机仿真系统的实时性和可靠性要求。     

液体冲压发动机仿真模型研究

发展了一种弹用液体冲压发动机仿真模型.利用小偏离线性化理论和分段集总参数法,分别研究了超声速进气道、燃烧室和可调收敛喷管的建模方法.以正激波作为上边界,燃油流量的小变化作为扰动方程,喷管作为下边界,从而建立了液体冲压发动机仿真模型.根据所建立的仿真模型,对冲压发动机系统进行了仿真实验.仿真结果验证了仿真模型的有效性和合理性.该模型可用于液体冲压发动机控制系统的研究.     

基于模型的发动机仿真与优化

利用Matlab软件中的MBC(model-based calibration)工具箱和仿真软件Ricardo Wave对汽油发动机的动力性进行了基于模型的标定和优化;在标定流程中,首先利用Wave建立了发动机仿真模型,并通过验证;接着,运用实验设计(DoE)方法确定了发动机的运行工况点,并用仿真模型计算出发动机在这些工况点处的参数和性能(扭矩、油耗、功率和缸内最高压力等);最后,建立发动机数学统计模型和标定优化;得到了发动机点火提前角、空燃比MAP图和优化后转矩的三维图;研究结果表明,该方法结合现代DoE试验设计理论和自动标定技术,不仅使发动机的扭矩从198 Nm提升到215 Nm,还能减少试验时间,提高标定效率。     

基于神经网络模型的空燃比非线性模型预测控制

采用基于径向基神经网络（RBFNN）模型的非线性模型预测控制方法,被控对象选择火花塞点火（SI）发动机的空燃比（AFR）高度非线性复杂系统,利用渐消记忆最小二乘法实现基于RBFNN的SI发动机AFR系统建模以及参数在线自适应更新。针对非线性模型预测控制中寻优问题,运用序列二次规划滤子算法对最优控制序列进行求解,并加入滤子技术避免了罚函数的使用。在相同的实验环境下,与PI控制算法和Volterra模型预测控制方法进行仿真对比实验,结果表明,所提算法的控制效果明显优于其他两种方法。     

无人机飞行仿真系统多智能体建模分析与应用研究

无人机飞行仿真系统包含多个功能模块,采用多智能体(multi-Agent)技术研究无人机飞行仿真系统,分析并建立基于多智能体的飞行仿真系统的层次结构和运行机制,进而利用智能体对无人机仿真模型的各子模块模型运行过程进行建模,最后在JADE环境下建立了多智能体无人机飞行仿真系统的实例模型.这种方法可以通过仿真模型各子系统智能体之间的交互来完成无人机飞行仿真系统中飞行仿真的主要功能,从而满足无人机模拟训练系统的设计需求,在无人机模拟训练系统研究中具有广阔的应用前景.     

无人机地面方向综合控制实时仿真研究

针对无人机地面方向综合控制进行研究,在Matlab环境下,采用xPC Target方案建立了实时仿真平台.通过分析,分别建立了刹车系统、前轮转弯系统及方向舵系统的模型,设计了各系统的控制律,结合整个无人机模型,主要进行了侧风及湿跑道条件下的实时仿真试验,反映了无人机在外部激励下的六自由度运动特性,取得了无人机地面方向综合控制比较好的半物理仿真效果,为无人机地面方向综合控制研究提供了依据.     

飞翼无人机主轮差动刹车系统的建模与仿真

为了验证主轮差动刹车系统在飞翼布局无人机上应用的可行性,以某飞翼无人机为对象,在综合考虑了无人机的机体、起落架、轮胎等特性的基础上,建立了飞翼无人机地面滑跑仿真模型.它由无人机机体动力学模型、轮胎跑道间摩擦系数模型、轮胎跑道间结合力矩模型、机轮动力学模型、电液伺服阀模型以及刹车装置模型等组成.提出主轮刹车系统进行航迹纠偏控制的方案,并进行了仿真验证.仿真结果显示应用主轮差动刹车系统进行航迹纠偏控制是可行的.     

基于强化学习的无人机网络资源分配研究

以无人机网络的资源分配为研究对象,研究了基于强化学习的多无人机网络动态时隙分配方案,在无人机网络中,合理地分配时隙资源对改善无人机资源利用率具有重要意义;针对动态时隙分配问题,根据调度问题的限制条件,建立了多无人机网络时隙分配模型,提出了一种基于近端策略优化(PPO)强化学习算法的时隙分配方案,并进行强化学习算法的环境映射,建立马尔可夫决策过程(MDP)模型与强化学习算法接口相匹配;在gym仿真环境下进行模型训练,对提出的时隙分配方案进行验证,仿真结果验证了基于近端策略优化强化学习算法的时隙分配方案在多无人机网络环境下可以高效进行时隙分配,提高网络信道利用率,提出的方案可以根据实际需求适当缩短训练时间得到较优分配结果。     

基于模型的虚实结合的仿真试验技术

针对大型无人机系统复杂度高、多学科耦合强以及传统研发模式下的装备研发周期和成本快速增长的特点,为满足在地面半物理试验验证中最大程度降低迭代周期和成本的需求,设计了一种基于模型的虚实结合的地面半物理仿真试验技术。通过开展多源异构模型分布式集成技术研究,解决了跨专业飞机系统仿真模型联合仿真的难题。将仿真模型用于地面半物理试验,实现了试验环境中机载总线、仿真总线和射频网络的三网并行,进而实现机载设备和仿真模型信息交互,设计了一套针对虚实结合试验的自动化测试体系,提升了试验验证效率。通过建立一套完整的虚实结合试验的验证架构,提升了大型无人机鉴定能力,有效提升了航空武器装备研发质量、效率和水平,具有重大军事意义和社会意义。     

基于合作竞争公共物品博弈的无人机集群动态资源分配

无人机集群动态资源分配是其任务规划的挑战性关键技术难题.本文提出了一种基于合作竞争机制的动态资源分配方法,将无人机集群与网络进化博弈模型进行对应,建立了基于无人机拓扑网络的博弈模型,通过设计针对特殊个体的调控规则,达到提升系统平均收益的目的.最后,通过无人机博弈模型的仿真实验,根据网络结构、模型参数,以及不同激发机制下系统的稳态结果,验证了本文所提无人机动态资源分配方法的可行性和有效性.     

基于MapX开发的无人机导航系统

使用MapX在无人机导航系统中添加能够处理矢量地图数据的地理信息模块,可以显著地提升系统的性能;文章对如何在矢量地图下进行无人机导航与任务规划进行了研究,完成对地理信息系统中矢量地图的基本控制和操作,并在地理信息图上进行航线的设定与修改;另外,针对二维矢量地图无法对无人机进行三维空间定位的问题,文章通过在无人机导航系统中添加高度位置显示模块,用二维平面地图与高度图相结合的方式来实现对无人机位置的三维定位;通过在无人机仿真实验系统中的使用,证明了该系统能高效、直观地对无人机飞行进行监视与控制。     

低空无人机航空摄影高度自动测量方法研究

为控制低空无人机摄影高度,获得更加清晰的地理信息图像,需要对低空无人机摄影高度自动测量方法进行优化研究;当前方法主要利用射影几何知识的自动化标定方法实现低空无人机航空摄影高度的自动测量;该方法存在噪声影响严重,且测量误差较大的问题;为此,提出一种基于多传感器与卡尔曼滤波相结合的低空无人机航空摄影高度自动测量方法;该方法首先通过分析气压测量法计算各种气压因素对低空无人机航空摄影高度的影响,然后推导出大气对流层内气压随低空无人机航空摄影高度的变化;然后采用双GPS系统同时工作,对GPS、气压高度计和IMU测量获得的低空无人机航空摄影高度信号进行冗余备份;采用基于二阶多项式的修正方法对低空无人机航空摄影传感器输出值进行补偿和修正;根据动力学方程建立低空无人机航空摄影的动力学方程获得高度测量状态方程;最后采用卡尔曼滤波的线性最小方差估计准则对低空无人机航空摄影高度进行均方差估计计算,实现低空高度自动测量与校正。实验结果表明,所提方法具有精度高、收敛性好且滤波效果理想的优势。     

Microprocessor control of ignition advance angle

The ignition control requirements of an internal combustion petrol engine are reviewed and the benefits of accurate ignition control are discussed. A design for a microprocessor-based open-loop ignition controller is described and the experimental results obtained with this controller presented. Various means of achieving further improvements are suggested, including a closed-loop controller for optimum ignition timing under all conditions of engine wear. This strategy uses peak cylinder pressure angle as the feedback signal on which the adaptive control is based.     

一种小型无人机高度测量方法的研究与实现

为了满足某小型无人机飞行控制中对高度信号的采集与处理,提出了用无线电高度来确定基准高度,用气压高度来确定相对高度,用起飞点的实测温度进行补偿的设计思想,综合这3种手段来有效消除外界环境对气压高度测量精度的影响。传感器数据融合方面,利用飞行器运动学推算出的高度状态方程以及传感器观测模型,采用Kalm an滤波技术来估计和修正传感器的测量高度。测试结果表明,此方法得到了较准确的高度测量信息,可以满足无人机飞行控制的需求。     

无人机低空滑翔抗攻击突防控制律优化设计

为了提高无人机的低空滑翔抗攻击突防和控制能力,提出一种基于快速模型预测的无人机低空滑翔抗攻击突防控制技术。采用融合传感识别技术进行无人机的姿态和位置参数信息采集,分析无人机的低空滑翔控制的物理环境参数模型,构建无人机飞行轨迹地图模型,使用标准卡尔曼滤波器进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制信息的融合处理,根据信息融合结果进行控制指令设计。采用动态基元轨迹跟踪方法,得到无人机低空突防控制的滑模面,在有限Morrey空间内采用串联弹性驱动控制方法求得在控制约束参量分布模型的最优解。根据无人机低空突防段的初始位姿参数进行快速模型预测和飞行轨迹跟踪,实现低空滑翔抗攻击突防控制。仿真结果表明,采用该方法进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制的精度较高,无人机的姿态参数的自适应调节性能较好。     

无人机滑降着陆控制系统设计

针对滑跑型无人机回收阶段对下滑角跟踪以及触地时姿态角的高要求,设计了一种无人机滑降着陆控制方式。首先,给出了滑降控制系统结构图,在此基础上分别进行了滑降横侧向控制器和滑降纵向控制器的设计,具体进行了直线航迹和圆航迹的控制方法以及下滑段的高度控制量算法的分析。然后,进行了滑降着陆控制模式设计,将滑降过程分解为降高、平飞、下滑以及拉平四个阶段分别进行设计,并在拉平阶段给出了俯偏航距仰角控制量与离地高度的关键技术公式。仿真结果表明,该无人机滑降着陆控制系统平飞段偏航距小于5m,接地时偏航距约为0m;平飞段高度跟踪误差为0m,下滑段高度跟踪误差2m;落地姿态角为0.4度。具有高度控制误差小、偏航距离短、落地姿态角安全性高的优点,能满足滑跑无人机对滑降阶段的控制要求。     

汽车发动机模型硬件在环仿真研究

由于对汽车发动机模型研究侧重面不同,其方法、复杂度和深度也各异。为保证模型的相对简单和有效性并适应控制和诊断需要,简化了气缸内的燃烧过程和机械系统动力学过程,并在MATALB／SIMULNK环境下建立了面向控制和诊断的发动机模型,主要包括：进气岐管子模型,气缸内气体压力子模型和机械系统动力学模型,并基于RT-LAB机群对所建模型进行了硬件在环仿真。     

基于模糊控制的无人机大气数据模拟系统研究

大气数据系统可为飞机提供高度、高度速率（升降速度）、空速和马赫数等飞机飞行状态的重要信息,并应用于飞控和导航系统中。为满足无人机半物理仿真研究的需求,提出了一种新颖的大气数据系统模拟方案,建立了由微分方程组描述的大气数据模拟系统的变结构非线性近似模型,并在此基础上进行了斜坡输入模糊控制器设计和数字仿真。仿真结果对比表明当模糊控制器各模糊语言值取高斯型隶属函数时调节时间短、进入稳态后响应平稳,控制效果最佳。     

Hybrid modelling of homogeneous charge compression ignition (HCCI) engine dynamics—a survey

The Homogeneous charge compression ignition (HCCI) principle holds promise to increase efficiency and to reduce emissions from internal combustion engines. As HCCI combustion lacks direct ignition timing control and auto-ignition depends on the operating condition, control of auto-ignition is necessary. Since auto-ignition of a homogeneous mixture is very sensitive to operating conditions, a fast combustion phasing control is necessary for reliable operation. To this purpose, HCCI modelling and model-based control with experimental validation were studied. A six-cylinder heavy-duty HCCI engine was controlled on a cycle-to-cycle basis in real time using a variety of sensors, actuators and control structures for control of the HCCI combustion. Combustion phasing control based on ion current was compared to feedback control based on cylinder pressure. With several actuators for controlling HCCI engines suggested, two actuators were compared, dual fuel and variable valve actuation (VVA). Model-based control synthesis requiring dynamic models of low complexity and HCCI combustion models were estimated by system identification and by physical modelling, the physical models aiming at describing the major thermodynamic and chemical interactions in the course of an engine stroke and their influence on combustion phasing. The models identified by system identification were used to design model-predictive control (MPC) with several desirable features and today applicable to relatively fast systems, the MPC control results being compared to PID control results. Both control of the combustion phasing and control of load-torque with simultaneous minimization of the fuel consumption and emissions, while satisfying the constraints on cylinder pressure, were included.     

基于MC33810的电控ECU点火驱动设计

针对某六缸气体机电控系统,选择Infineon XC2785芯片作为微控制器,采用MC33810作为点火预驱动芯片设计了一套点火驱动;利用曲轴和凸轮信号进行相位信号分析与判断,以诊断得转速传感器工作是否正常;根据所判断的转速传感器信号正常或缺失情况,设计相应的点火输出控制策略;利用曲轴和凸轮轴进行压缩上止点相位判断并进行点火正时控制;根据转速的高低所带来的不同曲轴转角延迟,设计了数齿及计时的点火输出策略;最终通过试验验证了该算法的可行性。