基于 DCNN 的无人直升机自转过程建模

针对小型无人直升机自转着陆过程,在已有的加速度预测模型的基础上,提出了利用深度卷积神经网络来表示系统自转飞行过程中的隐藏状态(气流以及直升机的抖动的影响)。通过与实际自转着陆飞行数据进行对比测试,改进后的模型可以更好地预测各个状态的变化,精度得到了明显提升。     

两自由度小型直升机动力学建模与控制的分析

基于相似性理论设计了具有两自由度的直升机飞行模拟试验平台，以该试验平台为研究对象，利用拉格朗日一欧拉方程与等效力矩相结合的方法推导出系统的动力学模型，预估了试验平台的物理参数；通过试验获得在固定总距角情况下直升机的升力随转速的变化关系。根据动力学方程，设计了具有鲁棒性的PID修正前馈控制算法，运用MATLAB仿真验证了控制器的快速收敛性和有效性。     

基于 Kane 方法的小型无人直升机的动力学分析

针对具有高度非线性、复杂动力学特性的小型无人直升机,基于Kane方法,提出了一种推导其动力学模型的新方法。该方法兼有矢量力学和分析力学的优点,首先采用欧拉角为绕机体坐标轴3－2－1重新建立了小型无人直升机的平移和旋转动力学模型,建模过程中考虑到主旋翼陀螺效应对模型的影响,将主旋翼当成刚体,减小了建模的复杂度。其次,通过优化模型使纵横向通道实现解耦,便于姿态控制器的设计。最后,仿真实验展现了小型无人直升机的平移和旋转运动规律,并通过实飞实验反映了小型无人直升机在悬停状态下的动态特性,将实飞实验数据和优化后的仿真结果进行比较,证明了所建模型的有效性。     

小型无人直升机纵向稳定控制的研究

给出了一种稳定控制小型无人直升机纵向运动的方法。首先,利用已知模型作为待辨识无人直升机,选择3211序列作为控制输入,通过已有的模型,产生输入输出对;其次利用最小二乘的方法进行辨识,可以得到对应输入和输出关系的差分方程,通过离散系统和连续系统的对应关系,可以得到对应微分方程。最后,利用设计的PID控制器实现纵向姿态的跟踪控制,达到直升机纵向稳定控制的目的。仿真结果验证了方法的正确性以及实际应用的可行性。     

小型无人直升机实验平台的设计与实现

高级控制算法对于无人直升机实现高机动性非常重要,但是在实现上也经常受制于鲁棒性和实时性的要求.同时这些控制方法在飞行测试时也会带来高风险.本文介绍了一种自制的安装在机械臂上的直升机作为实验平台去验证控制方法的有效性和可行性,这个平台还能够保证飞行测试的安全性.实验结果显示,能够实现转速跟踪控制以及航向动力学的辨识,并证明平台的有效性.     

某无人直升机复杂系统动力学建模及试验验证

以某无人直升机复杂结构为研究对象,分别建立主框架、起落架、尾管、尾撑和垂平尾等组件的有限元模型;通过试验,修正各部件的有限元模型,运用MPC技术构建了全机复杂结构的动力学分析模型,最后进行了试验验证.     

直升机自转试验及安全特性研究

直升机若双发空中停车,飞行员只能依靠高超的技术以及精确的操纵,利用旋翼自转下滑着陆。因此,发动机空中停车后,如何保证直升机着陆的安全性变得非常重要。本文首先对直升机自转着陆过程进行阐述,对自转着陆试验流程、难点与风险点进行分析,讨论了自转着陆中影响安全着陆的因素,可为飞行员进行自转着陆训练提供参考。     

基于混沌蜂群算法的小型无人直升机系统辨识

针对小型无人直升机在悬停状态下飞行动力学模型的系统辨识问题,提出了一种基于混沌蜂群算法(chaotic artificial bee colony algorithm,简称CABC)的辨识方法。由于直升机的数学模型是非线性的,因此用小扰动理论对其线性化,得到纵横方向待辨识的解耦模型;进一步将系统辨识问题转变成优化问题,以蜂群为搜索单位,通过群体之间的信息交流与优胜劣汰机制,使得蜂群向更优方向进化;利用混沌算子来改进侦察蜂的搜索机制,使得人工蜂群算法脱离局部最优束缚,获得更强的全局寻优能力。根据无人机实际飞行试验数据,对辨识获得的模型进行了分析与验证,结果表明,采用该辨识方法,估计出了解耦模型中的未知参数,与遗传算法和传统人工蜂群算法相比,所提算法的辨识精度更高。     

一种小型无人直升机姿态陀螺减振平台设计及试飞验证

介绍了起飞重量为120 kg的小型无人直升机总体结构布局,简述了该飞机自动驾驶系统的工作原理,提出了要采用自动驾驶的核心感应器——姿态陀螺。对飞机进行空中振动环境测试,得到飞机悬停、前飞状态下局部部位幅频特性,为陀螺的减振平台提供设计依据。本文着重论述了减振平台设计方法,重点在平台的关键部件减振器研制;通过理论分析和实验研究,研制出了一个内腔为硅油、外部为橡胶囊,重量轻、阻尼大、结构新颖减振器。飞机经过大量飞行实验,验证了研制的陀螺减振平台性能良好,解决了陀螺共振翻倒,输出假信号难题,为无人直升机进行自驾飞行提供保证。本文为相关的陀螺减振平台提供工程设计依据。     

小型无人直升机桨叶接头强度及模态分析

采用ANSYS有限元方法,分析了小型无人直升机跷跷板式的桨叶接头在直升机升降和飞行最大过载时的受力和变形情况,并对桨叶接头进行了含约束的模态分析,根据求解结果分析最有可能失效部位.     

一类无人直升机的旋翼操纵机构的分析

基于目前应用极为广泛一类无人直升机,论述了它的旋翼操纵机构,特别是对它的主旋翼和稳定杆的动力学特性进行了详尽描述,通过对它们的动力特性分析为以后建立无人直升机的六自由度运动方程打下了基础。     

Control System Design for an Unmanned Helicopter to Track a Ground Target

Due to potential wide applications,the problem of utilizing an unmanned helicopter to track a ground target has become one of the most active research directions in related areas.However,in most cases,it is possible for a dynamic target to implement evasive actions with strong maneuverability,such as a sudden turn during high-speed movement,to flee from the tracker,which then brings much difficulty for the design of tracking control systems.Currently,most research on this field focuses on utilizing a ground mobile robot to track a high-speed target.Unfortunately,it is very difficult to extend those developed methods to airborne applications due to much more complex dynamices of UAV-target relative motion.This study investiages thoroughly for the problem of using an unmanned helicopter to track a ground target,with particular emphasis on the avoidance of tracking failure caused by the evasive maneuvers of dynamic targets.Specifically,a novel control scheme,which consists of an innovative target tracking controller and a classical flight controller,is proposed for the helicopter-target tracking problem.Wherein,the tracking controller,whose design is the focus of the paper,aims to utilize the motion information of the helicopter and the dynamic target to construct a suitable trajectory for the helicopter,so that when it flies along this trajectory,the relative pose between the helicopter and the dynamic target will be kept consant.When designing the target tracking controller,a novel coordinate transformation is firstly introduced to convert the tracking system into a more compact form convenient for control law design,the desired velocities for the helicopter is then proposed with consideration of the dynamic constraint.The stability of the closed-loop system is finally analyzed by Lyapunov techniques.Based on Matlab/Simulink environment,two groups of simulation are conducted for the helicopter-target tracking control system where the target moves along a linear path and takes a sudden turn during high-speed movement,respectively.As shown by the simulation results,both the distance error and the pointing error are bounded during the tracking process,and they are convergent to zero when the target moves straightly.Moreover,the tracking performance can be adjusted properly to avoid tracking failure due to evasive maneuvers of the target,so as to guarantee superior tracking performance for all kinds of dynamic targets.     

直升机半滚倒转机动飞行控制算法研究

对直升机半滚倒转机动动作开展机理分析,将机动动作进行分段设计。在半滚段设计滚转角速度保持,根据滚转角调整总距输入量;在俯冲拉起段设计俯仰角速度保持,根据俯仰角调整总距输入量,并在阻尼回路引入自抗扰控制算法,以提高控制系统的扰动抑制能力。针对有风/无风 2 种飞行环境,通过视景仿真技术对 UH 60 直升机开展仿真,结果表明,直升机可以在 4.5 s 内完成半滚倒转机动飞行,验证了该设计控制策略是合理的,飞行控制律具有良好的抗扰性能。     

自主无人直升机桨叶挠变挥舞运动动力学建模

某30kg级自主无人直升机的跷跷板结构主旋翼是挠性的。针对该直升机,基于达朗伯原理建立绕自由空间点转动的桨叶挠变挥舞运动动力学模型,并借鉴悬臂梁受力挠变处理方法给出了桨叶挠变方程。数值仿真验证了桨叶挠变挥舞运动动力学模型的正确性。     

某无人直升机陀螺减振器设计和试验研究

根据某无人直升机的飞行测量,获得其陀螺安装板的振动水平,对该陀螺减振器的频率和阻尼参数提出要求,设计了两种减振器,通过地面加速试验和试飞,优选设计方案。这种参数测定和试验选型的方法可为其他减振器设计提供借鉴。