固定翼无人机自适应滑模控制

针对固定翼无人机的姿态和速度控制中存在不确定和外部扰动的问题,设计自适应超螺旋滑模干扰观测器和控制器,实现了固定翼无人机对速度指令和姿态指令的有限时间精确跟踪.首先建立固定翼无人机速度模型和基于四元数的姿态误差模型;进而在该模型的基础上针对无人机飞行过程中的外部扰动和不确定问题,采用自适应超螺旋滑模算法设计干扰观测器对干扰和不确定进行快速估计,并在此基础上设计多变量超螺旋控制器使固定翼无人机快速、精确地跟踪期望的速度和姿态指令;最后基于Lyapunov理论证明了该系统的稳定性.仿真结果表明:所提出的综合控制策略可以实现固定翼无人机速度与姿态的快速精确跟踪并具有良好的鲁棒自适应能力,而且针对无人机不同的飞行指令,使用该控制策略都能使无人机快速稳定的达到预期目标.     

无人机气动弹射动力学仿真与优化

介绍了一种无人机气动弹射系统的组成、结构、工作原理和发射过程。通过对其物理模型进行简化,采用基于封闭矢量环法与力平衡方程的联立约束法分析推导了该无人机弹射系统的动力学求解数学模型。在Matlab/Simulink环境中创建了弹射系统发射过程的动态仿真模型,得到了无人机的加速度和速度随时间变化的曲线等参数。并将遗传算法与Simulink有机结合,方便实现了气动弹射系统的仿真与优化。结果表明:该无人机弹射系统改善了现有弹射系统弹射加速度有明显峰值、发射轨道利用率低、发射长度过长等不足,为无人机气动弹射系统的工程研制提供了重要的理论参考,优化后进一步缩短了发射长度,减小了最大过载和加速度波动,为无人机气动弹射的系统级建模、动态仿真与性能优化提供了一个工作平台。     

多弹投放回收机构的设计

该文涉及的多弹投放回收机构是在模拟战机各种飞行姿态和飞行载荷等飞行条件下,对悬挂发射装置进行地面投放分离实验验证的专用实验设备,模拟载机预定的气动载荷和姿态等飞行参数,并采用真实的悬挂发射装置和模拟悬挂物进行地面模拟投放分离实验,来验证产品投放性能能否满足指标要求。本文的主要内容有按照所给的技术指标确定总体的设计思想,并且在参考了与该装置类似的其他装置设计的基础上,对该装置的进行总体方案设计,包括多弹投放回收机构的组成、大致运动原理以及未来所需做的工作。     

箔条干扰弹可视化建模及仿真

为解决干扰弹仿真技术中的画面逼真问题,分析了箔条弹的干扰机理,在箔条弹投放、爆破、扩散、消失过程的受力和运动模型基础上,建立了简化的箔条弹可视化仿真模型.采用实体建模技术和粒子系统技术,对箔条的诱饵过程三个阶段分别进行了三维仿真.仿真结果表明：采用简化仿真模型对箔条弹可视化仿真,画面逼真、实时,帧速率达到25帧/秒以上.     

考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法

为解决动态环境下无人机导航系统姿态估计易受传感器噪声和运动加速度干扰的难题,提出一种考虑运动加速度干扰的无人机姿态估计算法。首先,建立运动加速度估计模型,根据基于卡尔曼滤波的加速度误差模型和由外部传感器提供的速度信息实现对运动加速度的精确估计,利用运动加速度估计模型获得的运动加速度对加速度计的原始值进行修正,降低动态环境下运动加速度对姿态估计的干扰。随后,搭建基于互补滤波的姿态估计模型,利用磁力计信息和修正后加速度信息构建陀螺仪修正量,对陀螺仪原始值进行修正,设计互补滤波器滤除来自加速度计和磁力计的高频噪声和来自陀螺仪的低频噪声,避免传感器噪声信号对姿态估计的干扰。最后,利用无人机试飞过程中采集的传感器信息对该算法进行实验验证。实验结果表明,该算法可以精确估计无人机机动过程中所产生的运动加速度,有效减弱传感器噪声和运动加速度对姿态估计的干扰,该算法显著提高了无人机导航系统在动态环境下姿态估计的精度和抗干扰能力。     

基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制

为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建模,将固定翼无人机的动力学模型转换为奇异摄动模型,再对奇异摄动模型进行快慢分解完成解耦,得到两个降阶非耦合子系统,即以角速度为快变量的快子系统和以速度、姿态为慢变量的慢子系统,分别对角速度回路和速度、姿态回路设计基于干扰观测器的滑模控制器.最后,采用Simulink仿真验证了基于快、慢分解的固定翼无人机滑模控制方法的可行性和有效性.     

SURF算法在航摄图像导航中的应用

姿态角测量误差是导致机载遥感成像精度低的主要原因之一.为提高机载遥感成像的精度,并针对当前姿态角的测量误差较大、高精度惯性导航设备价格昂贵等问题,提出了一种应用基于SURF的航摄图像匹配的算法来解算飞行平台姿态角的方法.首先采用多线程对相邻航摄图像并行提取SURF特征点,然后使用改进的基于KDtree的近似最近邻匹配方法寻找相邻航摄图像匹配的特征点对,并应用RANSAC算法剔除错误匹配点对,再通过最小二乘法得到图像的变换模型参数,最终解算出机载平台的姿态角变化量.对该方法的实现进行了详细的比较分析,仿真结果也证明了该方法的有效性.     

四轴垂直起降喷气式无人机气动数值仿真

基于无人垂直起降飞行器对高机动性、高负载、高动态响应的严苛要求，设计一款四轴垂直起降喷气式无人机.根据流体力学三大基本方程以及湍流k-ε方程对气动数值仿真模拟，确定无人机飞行时外部流场计算域.利用ICEM CFD软件对外部流场进行混合式非结构化网格划分，在Fluent求解器中设置流场边界条件，以湍流模型为基本模型，对无人机整机进行气动性能进行模拟并求解，得到无人机各部分表面的阻力系数、流速分布图、压力分布图和湍流动能图.对其进行气动特性分析，得出无人机上表面顶部、尾部、下表面头部以及喷气支架处存在动能损耗较大、阻力系数较高的问题.根据仿真结果，对无人机上述部位进行气动造型优化，结果表明，无人机总阻力系数由原来的0.165减小至0.121，有效改善了无人机表面压力、气流流速和湍流度.优化后气动特性更加优良，气动造型符合设计理念.     

基于最长航时的太阳能无人机操纵策略研究

针对不同操纵方式下太阳能无人机的能量获取与消耗问题,建立一种结合太阳能无人机飞行姿态与太阳辐射的能量获取模型和能量消耗模型。首先运用晴空模型作为飞行环境中的太阳辐射估算模型;其次通过无人机姿态、太阳方位和地球之间的关系推导了太阳能无人机的能量获取模型,并利用实验室数据建立太阳能无人机不同状态的飞行能量消耗模型;最终通过仿真得出不同操纵方式下相同任务路径的飞行航时。仿真实验结果表明,该方案布局太阳能无人机在3 000 m高空、50 m半径盘旋时,副翼操纵比差动操纵航时长7.19%,170 m半径盘旋时,2种操纵航时相当,600 m半径盘旋以及直线飞行时动力差动操纵比副翼操纵航时长约1.08%。     

基于扩展卡尔曼滤波的无人机航姿算法

针对小型无人机在大机动或连续飞行时姿态解算精度低的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter, EKF)的航姿算法。该算法以机体系加速度分量与陀螺漂移作为待估状态量,建立了非线性滤波模型,在对传感器量测值预处理的基础上完成数据融合,获得了姿态角数据的准确输出,同时,根据外部运动加速度的大小不断调整噪声协方差以达到对EKF的自适应修正,从而抑制无人机航姿解算中磁干扰的影响。经三轴转台实验测试,姿态角的静态误差不超过0.5°,动态误差不超过2°,瞬变磁干扰误差不超过5°,该结果表明该算法能有效提高小型无人机的航姿解算精度。