翼伞空投机器人系统的六自由度仿真

以灾难环境下翼伞空投机器人系统为背景,建立了翼伞系统六自由度的简化运动模型,针对预选的某伞型对该翼伞系统进行了动力学仿真.设置了常值侧风的仿真环境,分析了风对系统的影响,得出了翼伞的转弯、雀降等重要性能的参数,提供了验证控制算法的仿真基础,为设计实际控制系统提供理论依据.     

动力翼伞非线性动力学建模与仿真

关于空运翼伞控制问题建立合理的动力学模型,是实现动力翼伞飞行控制的前提条件之一.传统方法翼伞建模多数是针对不带动力情况下的翼伞建模,不能适应动力翼伞的飞行控制.假设翼伞承载物和软翼之间具有俯仰和偏航2个自由度,通过对承载物和软翼所受作用力和作用力矩进行分析,分别建立软翼和承载物体坐标系下的作用力和力矩的平衡方程,通过体坐标系转换和消除翼伞内部状态量,得到有利于实现动力翼伞控制的8自由度非线性动力学状态方程.仿真结果表明这种动力学模型正确有效,更有助于实现动力翼伞的飞行控制.     

未知风场条件下翼伞系统自适应归航算法研究

针对翼伞系统在未知风场条件和障碍区域内难以保证着陆精度的问题,提出了翼伞系统航迹在线规划方法.在建立翼伞系统六自由度(6DOF)动力学模型的基础上,改进了经典分段归航控制方案,设计了自适应航迹规划算法,得到了低能耗、短航时的航迹规划结果.设计了PD控制器以仿真验证算法的有效性,仿真结果表明:提出的算法满足精确空投任务要求.     

基于动态逆的动力翼伞自主飞行控制方法

针对动力翼伞精确数学模型难以获得,系统输入输出关系耦合复杂等特点,建立动力翼伞8自由度动力学模型,设计由静态神经网络和积分器组成的动态神经网络,利用神经网络的逼近能力和动态逆控制方法相结合,提出了基于神经网络动态逆方法的动力翼伞控制方案,并进行了飞行仿真验证,结果表明完全满足控制要求,具有较好的抗干扰能和鲁棒性能,对于...     

回收系统伞舱门开启装置失效仿真分析

针对某型回收系统伞舱门开启装置在试验过程中的失效问题,对其进行优化改进设计,确保回收系统正常工作.通过分析试验录像,对伞舱门开启装置的失效原因进行预判,用Adams对伞舱门的开启过程进行多刚体动力学仿真分析,为运用MSC Nastran进行强度分析提供数据支撑,在保证强度和功能的基础上提出伞舱门开启装置的优化改进建议.     

遥控空投系统研究

介绍了目前国内可控翼伞遥控系统的研究情况。本系统可实现人工遥控、GPS导航和无线自寻的导航三种方式对翼伞的有效控制，并已基本摸索出大面积翼伞的控制规律，成功地实现了对翼伞的控制功能。     

复杂环境翼伞气动性能建模仿真研究北大核心CSCD

翼伞飞行环境复杂多变,常存在阵风与降雨干扰,对翼伞气动性能产生动态影响,造成系统失衡。传统模型忽视翼伞力矩失衡产生的俯仰运动,分析结果误差较大。针对时刻变化的流场环境与翼伞姿态,可借助CFD软件,通过网格速度模拟阵风、离散相模拟降雨、动网格模拟俯仰运动,对非定常Euler方程空间离散求解,得到阵风与降雨对翼伞气动性能的单独影响与耦合影响。利用修正后的翼伞模型进行仿真,结果表明,上述模型能较好描述翼伞气动性能在复杂环境中的变化规律,为翼伞精确建模与归航优化控制提供了参考。     

基于模糊控制与预测控制切换的翼伞系统航迹跟踪控制

以翼伞系统的六自由度模型为基础,针对翼伞系统的平面航迹跟踪问题,对已有的预测控制器进行改进,提出模糊控制和广义预测控制相互切换的控制模式．利用横向轨迹误差法,在翼伞偏航角误差较大的情况下,采用模糊控制,直至偏航角误差达到设定的较小范围内,切换为广义预测控制,对翼伞航迹进行精确的制导,在一定程度上减少了处理器的运算量．采用真实的翼伞参数建立仿真模型,结果验证了这一控制方法的有效性．     

基于风洞试验的组合翼伞气动特性研究

以组合翼伞气动特性为研究对象,通过开展8m×6m直流开口式风洞试验对组合翼伞气动特性开展试验研究.对组合翼伞进行风洞试验气动特性研究,通过光测系统获取稳定状态下组合翼伞实际迎角,六分量天平测试系统获取气动力(矩),得到不同迎角下组合翼伞的气动力(矩)数据.通过本次试验探索柔性翼伞风洞试验方法,积累组合翼伞真实试验气动数...     

翼伞系统最优归航轨迹设计的敏感度分析方法

本文对三自由度翼伞系统归航轨迹优化问题进行了研究,采用控制变量参数化与时间尺度变换相结合的优化算法对翼伞系统的最优控制问题进行数值求解.该方法是基于灵敏度分析的优化算法,将控制量以及控制量转换时间转化为一系列参数优化问题同时进行求解.仿真结果表明,相对于基于两端边值优化算法而言,灵敏度分析法只需要正向积分进行求解,因而具有计算简单、耗时短等优点,其控制效果良好,距离偏差和方向偏差均满足实际需求,有效地提高了翼伞系统的着陆精度,验证了该优化算法的可行性.     

翼伞系统在较大风场中的归航控制

翼伞系统是一类特殊的柔翼飞行器,由于其飞行速度较低,容易受到风场的影响.针对翼伞系统在较大风场中难以准确跟踪归航轨迹、实现精确着陆,因此将风场中平均风的影响在轨迹规划中予以考虑,采用一种改进的粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化分段归航轨迹;将紊流的影响作为外界的干扰,由线性自抗扰控制器(linear active disturbance rejection controller,LADRC)进行修正.仿真结果表明,该归航控制方法对提高翼伞系统在较大风场环境下的抗风性能和归航精度有重要意义.     

基于伪谱法的翼伞系统归航轨迹容错设计

针对翼伞系统在归航过程中,控制电机工作异常致使控制性能发生变化,无法按原有规划轨迹到达目标点的问题,提出一种基于Gauss伪谱法的归航轨迹容错设计方法.首先根据翼伞系统控制特性的不同,分别建立了正常和单电机异常工作状态下的质点模型,并根据伞形参数确定了两种工作状态下的约束条件和目标函数;其次,利用Gauss伪谱法分别对两种工作状态下轨迹规划的最优控制问题求解,获得翼伞系统不同状态下的最优飞行轨迹.仿真结果表明,在约束情况下,翼伞系统无论在正常和单电机异常工作时都可以顺利到达目标点,获得高精度的飞行轨迹.     

基于Serret-Frenet坐标系的翼伞系统轨迹跟踪控制

基于翼伞系统归航轨迹的特点,采用Serret-Frenet坐标系表示距离“平衡”轨迹的偏差,得到线性时不变的误差运动方程．由此误差方程可以得到控制量与轨迹偏差之间的传递函数,直接进行轨迹控制器的设计．对于控制器输入所需的轨迹偏差和偏差率可以采用解析的方法近似求解,极大地简化了计算．整个设计流程简单明了,采用PD控制器进行轨迹跟踪的算例表明此套方法的有效性．     

基于转速反馈的动力翼伞纵向串级控制

为提高动力翼伞纵向跟踪效果,并针对现有模型及控制方法的局限性,着眼于实际飞行试验,提出一种基于转速反馈调节的串级自抗扰控制策略.首先在动力翼伞纵向模型的基础上,改进引入无刷直流电机模型,并利用转速测量装置实时更新电机转速信息,应用最小二乘法拟合电机转速与螺旋桨静推力的非线性关系.设计纵向轨迹控制器,内环实现对电机转速的...     

In-flight wind identification and soft landing control for autonomous unmanned powered parafoils

For autonomous unmanned powered parafoil, the ability to perform a final flare manoeuvre against the wind direction can allow a considerable reduction of horizontal and vertical velocities at impact, enabling a soft landing for a safe delivery of sensible loads; the lack of knowledge about the surface-layer winds will result in messing up terminal flare manoeuvre. Moreover, unknown or erroneous winds can also prevent the parafoil system from reaching the target area. To realize accurate trajectory tracking and terminal soft landing in the unknown wind environment, an efficient in-flight wind identification method merely using Global Positioning System (GPS) data and recursive least square method is proposed to online identify the variable wind information. Furthermore, a novel linear extended state observation filter is proposed to filter the groundspeed of the powered parafoil system calculated by the GPS information to provide a best estimation of the present wind during flight. Simulation experiments and real airdrop tests demonstrate the great ability of this method to in-flight identify the variable wind field, and it can benefit the powered parafoil system to fulfil accurate tracking control and a soft landing in the unknown wind field with high landing accuracy and strong wind-resistance ability.     

轮式机器人轨迹跟踪控制系统的设计

针对轮式机器人轨迹跟踪控制系统误差收敛速率低、精度和实时性差的问题,采用反演控制算法并结合李雅普诺夫稳定性分析方法对轮式机器人的轨迹跟踪系统进行了优化设计;建立了轮式机器人轨迹跟踪控制系统的运动学模型,并对该模型进行位置偏差分析;在反演控制算法中引入了分部虚拟控制量,并分析和设计了其他间接受控量,提高了算法运行的效率;采用李雅普诺夫收敛定理对系统的收敛性进行分析,根据分析的结果提出了算法更加简单的控制律;利用Matlab软件的Simulink库对设计的轨迹跟踪控制系统试验研究;结果表明,与基于李雅普诺夫直接法或者迭代学习算法设计的轮式机器人轨迹跟踪控制系统相比较,设计的控制系统具有跟踪精度高、收敛速度快、实时性好的优点。     

大型球面射电望远镜控制系统研究

针对大射电望远镜机电光一体化设计新方案(大跨度悬索结构)的特点,提出了将连 续的高次曲线跟踪问题转化为对一组离散点跟踪问题的控制策略与方法.考虑到轨迹跟踪重 复性的特点,将具有学习功能的自校正控制方法应用之.数值结果说明了方法的有效性.     

GLCC多相流量计集成优化控制策略的研究和实践

GLCC多相流分离计量系统,经过多年的实际应用和检验,基于其高效的分离效果和紧凑的机构设计已在中海油、中石油、中石化、中东等国内外得到广泛应用,在这个系统中的控制部分,对该计量系统能否正常工作和计量,及保证精度起到决定性作用。因此本文采用专业软件对实际工况进行模拟研究,并提出了GLCC多相流量计集成优化控制策略,为多相流量计的进一步研究提供一种新选择,并提供了具体的实践经验,为多相流量计的发展提供全新的思路。