基于最小二乘与自适应免疫遗传算法的小型无人直升机系统辨识

针对小型无人直升机不稳定、强耦合、非线性的特点,建立了小型无人直升机悬停状态下飞行动力学模型.设计了一种基于最小二乘与自适应免疫遗传算法(LS-AIGA)的辨识算法,根据辨识实验的需要研制了机载微小型导航、制导与控制系统(MGNC).利用飞行实验数据,根据本文的辨识算法,对所建立模型中未知参数进行了辨识.最后对得到的模型进行了验证与分析,结果表明模型辨识数据与真实飞行实验数据匹配较好,所建立模型能够反映小型无人直升机动力学特性.     

小型无人直升机纵横角动态耦合辨识建模

针对小型无人直升机耦合建模问题提出了一种频域解耦辨识建模方法,该方法通过处理针对耦合辨识的实验数据得到指定频域范围内被辨识耦合的频域特性,对频域特性进行拟合从而获得耦合模型.提出了适用于多输入输出(MIMO)系统的频域特性计算方法,定义了一种复合相干函数并证明其能够用于表达在耦合通道辨识中输入输出的相关性.基于该方法,对一种小型无人直升机在悬停状态的纵横角动态耦合模型进行了辨识,并将耦合模型加入到直升机仿真模型中考察其对模型预测精度的影响.模型预测输出与实际输出的比较表明,相较于普通模型,考虑了耦合动态的仿真模型能够更为精确地预测实际输出.     

基于TMS320F28335的小型无人旋翼机数据采集系统

大气数据的采集对于小型无人旋翼机飞行的控制具有关键性的作用,针对小型无人旋翼机的飞行控制需求,利用数字式MEMS传感器和TMS320F28335芯片设计了一种装载于小型无人旋翼机上双采集装置的大气数据采集系统.通过传感器采集数据,实时解算出控制无人旋翼机飞行所需要的空速等数值,同时采用线性插值等算法来提高计算性能.该系统体积小,功耗低,抗干扰能力强等优点,能够满足小型无人旋翼机的需求,为小型无人旋翼机数据采集系统在实际中的应用做了一定的理论工作.     

一种小型无人旋翼机高度信息融合方法

针对小型无人旋翼机在起降过程中由于地效、外扰作用造成的高度传感器量测信息不精确的问题,提出一种基于单目视觉信号的高度获取方法,利用改进的大津法及仿射不变矩的方法提高目标识别的准确性;并针对视觉图像受噪声干扰、气压传感器存在误差积累、GPS测量精度不精确以及超声量程有局限性的问题,提出一种基于残差信息的自适应卡尔曼滤波,将视觉信息、气压高度计、GPS和超声高度信息进行融合,以提高全量程的高度估计的精度.最后通过静态测试实验、自主悬停以及自主降落实验验证本方法的有效性.     

基于GA 的小型无人直升机航向模型进化辨识

分析了小型无人直升机的航向模型结构,建立了结构可变的用分式形式表示的参数化传递函数模型． 设计了一种基于遗传算法（GA）的方法对所建模型结构进行辨识,可同时得到系统模型结构和参数．基于安全性和 方便性考虑,制作了一款地面飞行实验台架,采集和预处理了用于辨识和验证的实验数据．最后根据辨识结果说明 了所用算法的可行性．     

基于预测误差法小型无人直升机系统辨识

小型无人直升机是一个复杂的非线性系统.为了真正实现小型无人直升机的自主飞行,须对其进行数学建模.本文重点分析了Raptor90小型无人直升机悬停时横、纵向通道的输入输出关系,通过严格推导得到横、纵向通道通的参数化模型.通过试验采集得到输入输出数据,利用基于预测误差法的输出误差模型进行系统辨识.模型预测数据与实际飞行实验室数据的比较表明,所建模型很好的反映了小型无人直升机在悬停状态下的动力学特性,可在该状态下基于此模型进行飞行控制器的设计.     

小型无人直升机悬停状态自适应模糊PID控制器设计

小型遥控直升机在实际应用中主要是完成航拍,为了实现小型直升机水平姿态的自动平衡,将其升级为无人直升机.针对小型直升机的降阶模型,提出了一种便于单片机实现的、针对悬停作业时小型无人直升机自适应模糊PID控制器的设计方法,能对PID参数进行动态整定,实现无人直升机悬停状态时水平姿态的平衡,仿真实验表明,自适应模糊PID控制器的动态性能好、稳态精度高、鲁棒性较强,宜适用于小型无人直升机的增稳控制.     

一种小型无人直升机自主起飞控制方法

针对小型无人直升机(Small-scale unmanned helicopter, SUH) 起飞过程中过度依赖于地面飞行手的问题, 提出了一种基于经验知识与系统辨识的自主起飞控制方法. 首先, 通过研究专业飞行手手动操纵小型无人直升机起飞过程中高度与油门、总距舵量等信息的对应关系, 分析了利用学习飞行手的操纵行为实现小型无人直升机自主起飞的可行性, 并设计了小型无人直升机自主起飞控制流程. 引入了安全高度及变增益控制以提高自主起飞过程中的飞行安全性能, 利用不完全微分控制方法抑制了微分高频噪声. 其次, 为了获取自主起飞过程中控制参数, 采用自适应遗传算法对小型无人直升机动力学模型进行了辨识, 在动力学模型的基础上进一步辨识得到了飞行控制参数. 最后, 通过在小型无人直升机平台进行的实际飞行实验, 验证了本文方法的有效性.     

基于仿生双目的无人旋翼机自主着陆方法

基于仿生双目理论提出一种仿双眼异向运动的变视轴夹角双目视觉系统,通过对实时采集的目标图像的处理,研究其双目摄像机夹角的在线自标定,实现获取无人旋翼机的实时高度信息。实验结果表明,该方法获得的光轴夹角信息相对误差小于5%,能准确控制双目摄像机的转动,避免由于双目视觉盲区所造成的着陆误差,系统所标定出的旋翼机高度信息也为其安全着陆提供了有力保障。     

超小型旋翼机系统悬停状态的辨识仿真研究

建立了超小型旋翼机系统的非线性参数化模型. 通过把非线性模型在悬停点线性化,得到用物理参数描述的系统姿态运动的线性模型;基于其离散状态空间模型,采用子空间方法进行线性系统识别．仿真结果表明：子空间方法可以较准确地辨识所推导的超小型旋翼机系统悬停状态的线性物理参数模型,从而能获得系统的一些难以准确计算或测量的主要物理参数．     

油气田环境巡视小型无人飞行器航姿控制系统

针对小型无人飞行器在油气田现场采集信息时的高精度控制问题,提出一个自适应卡尔曼滤波算法来获得高精度姿态信息,并采用优化模糊控制方法构建航向控制算法．基于航向误差在线调整飞控参数,为远程控制中心提供精确的油气田现场信息来提高决策效率．最后,通过一系列的仿真和实际飞行试验验证了该方法的有效性．     

一种基于自适应遗传算法的航迹重规划

航迹重规划技术是保证无人飞行器航行安全的关键技术之一。本文针对遗传算法航迹重规划容易陷入局部最优解的问题展开研究。采用自适应交叉变异概率的遗传算法规划局部航迹,避免了航迹早熟,防止航迹陷入局部最优解。通过仿真实验表明,自适应遗传算法能在模拟环境中规划出满足约束条件的近似最优航迹,提升了遗传算法解决航迹重规划的效能。     

3自由度旋翼飞行机械臂系统动力学建模与预测控制方法

旋翼飞行机械臂(rotorcraft aerial manipulator,RAM)系统是安装在飞行机器人上的可操作型机械臂,悬停模式下执行准确的空中操作时旋翼无人机与所加机械臂之间存在相对扰动,通过分离机械臂与飞行机器人进行动力学建模并不能有效消除这种扰动.本文基于对相互扰动力学作用的分析建立整体动力学模型,并在悬停飞行模式下将其简化为线性控制参考模型.进而对旋翼系统控制延时所引起的动力学扰动进行补偿,同时设计预测控制器来消除末端执行器的位置和姿态误差.最后,在存在内部和外部扰动的情况下,设定销钉插入操作任务进行控制方法的对比仿真.末端执行器位姿偏差的仿真结果表明了模型结构与控制方法的有效性.     

基于误差状态卡尔曼滤波估计的旋翼无人机输入饱和控制

针对GPS（global positioning system）信号缺失环境下无人机自主飞行控制问题,设计了一种基于视觉与IMU（inertial measurement unit）融合的误差状态卡尔曼滤波（ESKF）框架,并在此基础上提出了一种新的输入饱和控制方法以进一步缓解视野约束以及运动模糊问题．不同于传统的扩展卡尔曼滤波（EKF）框架,本文设计的滤波框架是对误差状态进行更新与校正,而不是直接对系统状态进行估计．由于误差状态是小量,并且其线性程度较高,因此相对于系统状态局部线性化而言,误差状态的局部线性化的模型误差更小,进而可以提高状态估计的精度．基于ESKF框架得到的全状态估计,本文提出了一种新的线性与双曲正切混合的饱和函数,进而设计了输入饱和控制器并通过李亚普诺夫函数证明了闭环系统平衡点的渐近稳定性．最后,在旋翼无人机平台上的对比实验结果表明：本文ESKF方法得到的状态估计精度更高．另外,本文所提出的输入饱和控制方法有助于保证视觉特征在视野之内,并且比有界积分控制方法有更好的暂态以及稳态性能．     

基于遗传算法的模型参考自适应控制*

本文以连续搅拌反应釜（ＣＳＴＲ）这一非线性系统为例，介绍了根据参考模型的输出，运用遗传算法对控制的ＰＩＤ参数不断寻优，不断调整，以达到参考模型所要求的控制效果的自适应控制方法，并对改变遗传算法的几个参数对控制效果的影响进行了比较讨论。     

基于A*算法的无人机跟踪目标的航迹规划

针对无人机跟踪目标的航迹规划问题,文章提出了一种双评估函数的改进A*算法;首先,根据无人机在跟踪目标时的飞行特点提出了航迹规划策略,并结合无人机的油耗、航迹长短和机动性能等约束条件来设计中间目标点的评估函数和航迹片段的评估函数;之后,采用加权法对A*算法进行改进,以使航迹的优化与时间耗费之间找到平衡点;同时,改进在Open表中插入与删除节点的方式,提高计算效率;最后,通过对跟踪航迹的仿真,表明该算法可以快速、有效地为无人机在跟踪目标时规划出优化的航迹.     

基于遗传算法的输电线路无人机巡检路径规划

针对无人机有效、安全巡检输电线路的路径问题,提出了一种基于遗传算法的输电线路无人机巡检路径规划方法,采用极坐标编码方式对无人机巡检路径构造染色体;结合实际情况中的无人机巡检各种约束问题,设计了适合于无人机巡检路径规划的遗传算子;实验结果证明算法能综合考虑各种因素,提高了全局寻优能力,是解决实际输电线路无人机巡检路径规划问题的较好办法.