三倾转旋翼无人机直升机模式建模与控制研究

针对一种新型三旋翼构型的倾转旋翼无人机的直升机模式控制问题进行研究,采用牛顿欧拉法对这种新型三旋翼构型的倾转旋翼无人机直升机模式进行了详细的动力学建模分析,建立了该无人机悬停模式6自由度非线性模型;在对该模型进行线性化的基础上,设计了这种三倾转旋翼无人机直升机模式下的高度、俯仰通道、滚转通道以及偏航通道的PID控制器,并在Matlab/Simlink环境下建立其仿真模型,对所设计的控制算法进行验证;实验结果表明,所设计的控制器能够满足系统的控制性能要求。     

小型四旋翼直升机的建模与仿真控制

针对实现对小型四旋翼直升机的飞行控制,为提高飞行性能和加强稳定性,根据四旋翼直升机特有的机械结构和飞行原理,利用牛顿-欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的飞行动力学数学模型,而且对该型进行了合理的简化.同时在Matlab/Simulink仿真环境下,采用直升机动力学模型搭建了模块化、层次化的系统仿真图,并通过PID控制算法对直升机悬停状态进行仿真,实现了直升机姿态控制.仿真结果表明在具有小扰动的条件下,模型能够仿真小型四旋翼直升机的飞行状态,满足直升机飞行姿态的控制要求.     

直升机飞行动力学建模及可视化研究

研究了直升机飞行动力学建模及可视化仿真的相关技术。建模时综合考虑了直升机的主要气动力部件的建模以及气动干扰等问题。主旋翼是直升机建模的关键,详细讨论了与其相关的翼型气动力模型、诱导速度模型和挥舞运动模型的建模方法。同时利用虚拟现实技术构建了直升机三维实体模型。基于Simulink和虚拟现实工具箱,给出了将飞行动力学数值模型同虚拟场景结合起来的方法,实现了计算、仿真、显示一体化。最后采用算例直升机数据,进行了定直飞行的配平计算和操纵响应分析,结果证明了模型的合理性和有效性。     

直升机旋翼自转着陆过程的仿真模型

该文提出了一种新的复杂大系统建模方法。采用模糊神经网络对复杂大系统对象中的结构不确定性因素进行建模,并利用同步扰动随机近似算法对模型参数进行在线调整。应用该方法建立了直升机旋翼自转着陆过程的仿真模型,给出了全量模型和模型调整过程。与传统的机理模型相比,该模型具有结构简单、并行解算程度高、运算速度快的特点,适合于实时仿真环境。仿真结果和工程应用表明,文中所提建模方法是切实可行的。     

一种通用直升机飞行动力学建模软件

直升机因为特有的旋翼气动特性,使得其飞行建模较为复杂,而实时仿真系统的建立在飞机研制、性能验证及改型等各环节中都起到了一个重要的作用.文章介绍了一个单旋翼带尾桨直升机通用的建模工具,在此工具下,只需要输入直升机的构型参数以及相应的风洞气动数据,就可以建立起直升机的全量非线性动力学数学模型,并提供相应的配平程序以及动态响应计算程序.相比较于国外同类型的软件,文中提出的建模工具建立的模型可以运行在实时操作系统上.     

基于Unity物理引擎的多旋翼无人机仿真模型

本文主要基于Unity物理引擎,以四旋翼无人机作为研究对象,通过建立无人机运行模式的数学模型,进行仿真模型研究.一方面,通过将无人机受力模型直接应用在电机对应位置,来仿真现实物体的受力状态,从而免去了对模型的刚体数学建模,简化了仿真建模过程;另一方面,通过分析无人机运动原理,对无人机进行动力系统和控制系统建模,其中控制系统采用串级PID控制算法进行姿态控制;本文最后,通过飞行实验和测试验证了无人机模型的稳定性、有效性,满足了四旋翼无人机的仿真要求.     

基于微多普勒分析的直升机旋翼参数估计

针对直升机的分类和识别问题,提出一种利用微多普勒特征估计直升机旋翼参数的方法。建立单频信号下直升机旋翼微动模型和回波模型,定量分析直升机旋翼的微多普勒调制特征,及其与旋翼旋转速度、旋翼叶片长度和旋翼叶片片数之间的关系,利用平滑伪Wigner-Vill分布和图像处理相结合的方法提取微多普勒调制特征,估计直升机旋翼的相关微动参数。仿真结果证明了该方法的有效性。     

某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统设计

对某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统进行了设计研究.给出了某型舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统的模型框架.定义了建模过程中所涉及的主要坐标系,研究与分析了与主旋翼相关的诱导速度、挥舞角、拉力、扭矩的计算方法,给出了舰载直升机部件气动建模思路.最后,结合舰载直升机数据,对直升机飞行模拟器飞行仿真系统对舰载机飞行员的操纵响应进行了仿真分析.设计的舰载直升机飞行模拟器飞行仿真系统已经成功应用到了某型舰载直升机飞行模拟器上,具有仿真度高、实时性好等特点,起到了良好的训练效果,得到了舰载直升机飞行教员和学员的认可.     

某型直升机飞行性能仿真建模与验证

主要研究并建立直升机飞行性能仿真模型,在直升机动力学和运动学微分方程的基础上重点解算作用在直升机各部件上的气动力和力矩模型,建立旋翼和尾桨的气动仿真模型,对旋翼挥舞运动进行了分析研究,还考虑了平尾、垂尾、机身和重力的仿真模型。最后通过对各飞行性能指标及其验证原理方法的分析研究,验证了静态性能指标,应用标量指标法验证动态性能指标。     

倾转旋翼飞行器配平及仿真分析

倾转旋翼飞行器是一种特殊的飞行器,在操纵方式上既有直升机的旋翼操纵,又有定翼机的舵面操纵,在过渡段何时完全退出旋翼周期变距操纵是一个很有研究意义的问题.在进行仿真特性分析之前,首先需要对倾转旋翼飞行器过渡段进行数学建模,利用统一的数学模型对倾转旋翼飞行器过渡段进行描述.考虑倾转旋翼飞行器XV-15的复杂空气动力学,加入旋翼尾流对机翼、垂尾以及平尾的气动干扰,建立了该飞行器的数学模型.利用Maltab仿真软件搭建了XV-15的simulink仿真模型,分别对直升机模式、定翼机模式以及过渡模式进行了配平,并对配平结果进行了分析,分析了不同飞行模式下的操纵特性规律,并给出了何时完全退出旋翼周期变距操纵量的建议.     

航空涡轴发动机自动试车系统

为解决航空涡轴发动机试车时间长、重复性工作量大,试车过程中利用手工控制测功机加载载荷时难度大的问题,采用VC+ + 6.0和基于VXI总线的数据采集系统开发计算机辅助试验系统. 该系统通过控制水力测功机和电子调节器实现某型涡轴发动机的自动试车,可灵活设定试车载荷谱、自动记录数据、判断加速和减速过调参数及自动进行停车保护. 试验验证表明该系统可降低工作强度、提高试验效率.     

无人直升机发动机转速控制系统的嵌入式设计

为提高无人直升机的飞行性能,针对其飞行环境复杂、飞行状态变化快等特点,建立发动机的数学模型,采用总矩前馈与转速反馈的串级控制结构,设计实现一个基于嵌入式单片机MC9S08的恒定转速控制系统。实验结果证明,该系统的转速控制精度高,系统响应速度快,安全性及控制效果良好。     

航空发动机机械液压控制器建模及仿真技术研究

以流量连续方程和力平衡方程为基础,研究了航空发动机机械液压控制器典型部件的建模方法以及系统中存在的北线性环节的描述方法。对某型航空发动机慢车转速燃油控制系统进行了建模和数字仿真研究,结果与工程实践中现场的情况一致,效果优于常规的仿真方法。工程实践已经验证了仿真研究给出的主要的控制器参数改变的建议是正确的,使控制系统的性能达到了设计要求。这表明所提出的航空发动机机械液压控制器建模和仿真方法是正确、有效的。     

直升机仿真模拟训练集成系统实现

针对直升机仿真与地面模拟训练的需求,根据系统集成的开发理念,开发出一个集VC++、Matalb/Simulink和Vega三维可视化功能于一体的直升机仿真模拟训练系统;该集成仿真平台通过VC++编程,将软件界面与Simulink模型有机结合在一起,利用Matlab引擎对Simulink模型进行控制,并将仿真结果送到Vega场景中实时显示;实际运行结果表明,该系统仿真效果与实际效果基本一致,达到了设计要求,具有较好的实用性。     

遥控模型直升机分通道模型辨识方法研究

设计了嵌入式控制系统,研究了小型遥控直升飞机在悬停状态的模型辨识方法.按照遥控直升机的4个控制输入(纵向周期变距、横向周期变距、总距、以及尾距),直升机的运动可分解为俯仰、倾斜、升降和航向4个通道,分别采用分通道飞行实验数据,通过Matlab辨识工具,得到了遥控直升机在悬停状态下各通道的单榆入单输出控制模型.飞行实验数据的验证结果表明,分通道数学模型可以很好地反映相应通道的动态特性,对实现遥控直升机自动驾驶控制具有重要的应用价值.     

基于LQR的直升机悬停控制律设计与仿真

建立了某型直升机数学模型,并将该模型分解为纵向模型和横侧向模型两部分,提出了悬停控制律应该达到的稳态指标;以该型直升机为被控对象,采用输出反馈线性二次型调节器(LQR)技术设计了由纵向控制律和横侧向控制律组成的悬停控制律,使得直升机能取得满意的悬停性能指标;以该型直升机模型、执行器模型以及设计的悬停控制器构成全数字闭环仿真系统进行控制律仿真验证;仿真结果表明,文中设计的悬停控制律正确有效,能够较好地实现直升机的悬停功能,另外,由于该悬停控制律是基于输出反馈的,在工程上也比较容易实现。     

Model reference resilient control for the helicopter with time‐varying disturbance

In this paper, the problem of model reference resilient control is investigated for the helicopter system with the time‐varying disturbance and unmeasurable states. Firstly, a disturbance observer and a state observer are built to estimate the time‐varying disturbance and unmeasurable states. Then, combining the methods of model reference control and disturbance observer–based control, the state feedback robust resilient control scheme and the dynamic output feedback robust resilient control method are proposed, respectively. Under the two developed robust resilient control schemes, sufficient conditions are obtained to guarantee that the helicopter system asymptotically tracks the reference model with H_∞ performance. Finally, simulation results are presented to show the effectiveness of the model reference resilient control method.     

无人直升机实时机载和地面站软件架构设计

研究了无人直升机飞行控制系统实时软件系统设计架构,针对机载嵌入式飞控计算机系统和地面站计算机系统,提出了基于VxWorks实时操作系统的多线程任务机载软件设计方案和基于WindowsXP操作系统的地面站软件设计方案,有助于加快完成无人直升机飞行控制系统的设计和验证。机载系统软件设计为数据采集和测量、伺服舵机驱动、飞行控制与发动机控制实现、通信和数据请求存储等功能。地面站系统软件设计为与机载系统的数据通信、终端用户操控,以及实时飞行状态监视等功能。利用组件对象模型设计技术实现了系统软件设计的模块化、软件结构分层组件化,方便了软件系统的集成与扩展。采用多任务线程机制,有效地满足了飞行控制系统实时性要求。利用实时操作系统的定时器任务机制,确保飞行模式的任务管理和调度。依据所提出的软件设计架构完成了实时机载软件和地面站软件组件模块的设计与开发,而且软件集成快捷方便。研究成果已成功应用于某型无人直升机飞行控制系统。     

基于ERP/MES的特钢企业成本系统研究

为提高竞争力和精益化生产,钢铁企业要求加强成本全面控制、细化成本管理,由此提出了基于ERP/MES平台的成本管理模型。该模型采用UML通用建模语言和ROSE建模工具对系统进行功能分析和设计,在J2EE体系结构下开发了一个基于ERP/MES平台的生产成本管理系统。该系统已在某特钢企业得到应用,达到了降低成本核算工作量,加强成本控制,为经营决策服务的目的。     

新型无人直升机纵横向无姿态反馈自适应控制

针对小型无人直升机固有的多轴多齿轮啮合复杂传动系统存在的非线性振动所引起的姿态测量低可靠性问题,以新型涵道风扇式无人直升机为例,提出了一种纵横向无姿态反馈的自适应控制策略.增稳回路采用模型参考自适应解耦控制,加速度回路采用自适应极点配置,位移回路采用主导极点可配置的PD控制,实现了自动航线飞行.试飞实验表明,在飞行速度变化较为显著时,偏航距较小,达到了满意的控制效果,可为无人直升机姿态传感器故障应对提供参考.