基于四旋翼无人直升机飞行控制技术研究

四旋翼无人直升机具有较高的民用价值与军事价值,它最为显著的特点便是结构简单、外型新颖。本文主要研究了四旋翼无人直升机飞行控制技术,介绍了四旋翼无人直升机的概况,分析了其飞行控制技术与技术发展。     

四旋翼飞行器设计

本设计是基于刑S320F28027单片机的四旋翼自主飞行器,包括硬件电路的设计,描述了硬件电路中元器件的选型,也包含基于四元数的姿态解算,详细讲述了四元数如何作用在解算过程中。     

四旋翼无人机增稳混合控制器设计

为了改善四旋翼无人直升机在不同环境下的飞行稳定性,应用混合控制的方法设计了无人机增稳混合控制器．它有多个PID控制器可供选择,并根据无人机飞行高度和倾角大小选择当前合适的控制器,有效的降低了无人飞行器的坠毁机率和其他潜在危险的发生．并且通过Matlab中的Simulink工具箱搭建仿真系统,模拟了四旋翼无人机在起降、无风、有风和失控的情况下的控制器切换过程．仿真结果表明:应用混合控制器的四旋翼无人机在起降和有风情况下可有效抑制飞行器倾斜和水平漂移,提高稳定性．     

基于模型参考自适应的四旋翼飞行器反步控制

针对四旋翼飞行器易受干扰的问题,本文提出了一种基于模型参考自适应的反步控制方法,在外界气流干扰和内部参数不确定的情况下,保证四旋翼飞行器稳定平滑地跟踪参考信号。将四旋翼飞行器的飞行控制系统分解为水平位置控制子系统与高度和姿态控制子系统,并对两个子系统分别设计反步控制器,然后在高度和姿态控制子系统应用模型参考自适应控制,提高该子系统的抗干扰性能,从而进一步改善水平位置控制性能,同时采用Lyapunov稳定性理论,证明整个闭环系统渐近稳定。仿真结果表明,该算法能够有效抑制外界气流干扰,对负载不确定性具有较强的自适应能力,有效提高系统的稳定性和抗干扰性能。该研究具有一定的理论和实际应用价值。     

探究多旋翼飞行器建模与飞行控制技术

多旋翼飞行器由于自身结构十分简单,具有良好机动性能,在军事及军事领域内具有良好应用价值,得到了研究人员高度关注,已经成为国际主要研究热点.但是国内在对多旋翼飞行器自主飞行控制分析研究上面时间较短,与发达国家之间存在较大差距,无法对多旋翼飞行器飞行进行精确性控制.所以,对多旋翼飞行器结构及飞行方法研究中,还需要深层次研究.本文结合多旋翼飞行器建模与飞行控制技术所存在的问题,以多旋翼飞行器作为研究对象,从建模及飞行控制技术层面进行研究.     

四旋翼无人飞行器控制律设计与仿真

四旋翼无人飞行器已经得到了广泛应用,其控制律设计的重要性日渐凸显。在构建四旋翼飞行器六自由度动力学模型的基础上,分别设计了基于PID控制和线性自抗扰两套控制律。首先给出基于PID控制的四旋翼控制律,对四旋翼的各个通道设计PID控制律,并进行六自由度仿真分析,随后给出基于线性自抗扰控制的四旋翼控制律,针对每个通道设计自抗扰控制回路,进行六自由度仿真分析,基于仿真结果对两者的控制效果进行对比,最终结果表明自抗扰控制方法可以有效地抑制超调且响应速度更快。     

基于LQG控制器的四旋翼无人机姿态控制

四旋翼无人机是一种性能优良的VTOL(垂直起降)飞行器。以四旋翼无人机作为研究对象,首先根据动力学原理,对滚转角和俯仰角进行建模,在建模基础上,根据现代控制理论设计LQG控制器,并采用LTR技术和试验确定二次最优控制和卡尔曼滤波器中的参数,通过仿真与飞行实验来验证所设计控制器的性能。结果表明,LQG控制器具有较好的动静态性能,用它实现四旋翼无人机的姿态控制是切实可行的。     

四旋翼无人飞行器ADRC-GPC控制

针对四旋翼无人飞行器的姿态控制系统,需要研究先进控制策略来达到满意的性能.将自抗扰控制(ADRC)与广义预测控制(GPC)相结合,设计一种新型自抗扰广义预测控制器(ADRC-GPC),利用ADRC中的扩张状态观测器(ESO)来估计和补偿非线性系统的模型不确定性以及外部扰动作用,将原始对象模型转化为积分器形式,然后针对积分器设计广义预测控制器.阶跃响应系数矩阵能被解析地求解出来,可有效地解决广义预测控制计算量大的问题.研究结果表明:所提出的ADRC-GPC控制方法能够对四旋翼无人飞行器姿态系统进行实时控制,可满足控制精度及快速性要求,并能有效地克服系统的外部干扰和多变量耦合作用.自抗扰广义预测控制器能够有效地控制欠驱动非线性多变量系统.     

基于悬停四旋翼位置姿态信息的风场估计方法研究

基于四旋翼飞行器悬停状态下的位置及姿态信息,提出了一种离线的风场估计方法。首先根据Dryden大气紊流模型建立了四旋翼飞行器所处的风场环境,并通过分析有风情况下旋翼升力的变化,得到旋翼升力与风场信息(风速、风向)的函数关系式;接着利用牛顿-欧拉方法推导出有风扰动下的四旋翼动力学方程,并进一步设计了用于保持飞行器悬停状态的PID控制器;最后,基于悬停状态下四旋翼飞行器的位置姿态信息,计算得到飞行器所处的风场环境信息。MATLAB仿真结果表明所提方法在有紊流干扰的情况下,能够有效地提取出风场环境里的主风信息。     

差分进化算法在四旋翼飞行姿态中的应用

无人机技术现已被运用到军事、农业等越来越多的领域。在大多数四旋翼飞行器上仍采用PID控制算法,但其参数的调节要依赖精确的运动学模型,且调节时间较长。针对PID控制器调节时间慢,精度差的问题。采用了一种改进的PID控制器的方法来提高四旋翼飞行器的调整速度和稳定性。研究了基于差分进化算法的PID控制器的系统模型,相比于基于Ziegler-Nichols调参方法的PID控制器,系统的上升时间提高了36%。并通过matlab仿真,结果表明运用差分进化算法对四旋翼无人机的姿态进行调整,不仅能够提高四旋翼无人机的稳定性,还能提高四旋翼无人机姿态调整的速度。     

直升机旋翼振动主动控制方法研究进展

直升机特有的旋翼动力学结构使其拥有极高的战略发展价值,但旋翼在工作过程中产生的振动问题也对直升机的飞行性能造成了严重影响,因此,研究旋翼振动控制方法对直升机性能提升有重大意义。针对由直升机主旋翼工作而引发的机身振动控制问题,首先,从旋翼引起机身振动的原因以及振动的频率特征出发,分析了主动振动控制的原理。其次,基于直升机振动的周期性质,将振动控制方法划分为频域控制和时域控制,并对频域方法以及时域方法中的时域高阶谐波方法、鲁棒方法、智能方法以及其相关试验成果展开综述及总结。另外,针对振动传递抑制技术进行了简单介绍,并对国内研究机构的主动振动控制试验进行了梳理。最后,归纳了振动控制方法存在的不足,并在此基础上指出了直升机主动控制方法的未来发展方向,应进一步深入针对稳定飞行状态的鲁棒自适应控制和针对全飞行状态的智能自学习控制方法研究,并开展面向性能提升的综合主动控制系统设计。     

高超音速飞行器及其制导控制技术综述

高超音速飞行器军事上的强突防、强侦察能力,民用上的高效部署、星际旅行能力,使其成为各国构建战略威胁、争夺太空资源的重要途径之一,针对这一热点前沿问题,综述了高超音速飞行器的发展及其制导控制技术.首先,对高超音速飞行器的研制历史及现状进行总结,梳理发展脉络揭示其发展规律,并对高超音速飞行器轨道、近空间及大气层内飞行任务进行分析.然后,重点讨论再入返回的飞行约束条件及制导方法,包括:离线轨迹制导、在线轨迹制导以及预测制导,并针对复杂环境下强约束、任务突变等制导难点,展望高精度多约束轨迹制导、快速轨迹规划制导、鲁棒自适应轨迹重构制导等技术;进而,综述了目前高超音速强非线性、不确定性、时变性、结构挠性、控制约束及故障等控制难题及其解决方法,并对系统模型/扰动/故障深层次机理分析、多控制问题兼顾及多控制器切换、智能自主高超音速飞行等控制技术提出了展望.最后,指出了高超音速飞行器的发展需兼顾高超音速打击武器及可重复使用空天往返运载技术,制导控制系统的研制需向极广空域下的智能自主高超音速制导与控制一体化迈进.     

飞机运动系统的区间模型及鲁棒飞行控制

提出了阵风干扰下飞机运动的区间系统模型,基于Ｒｉｃｃａｔｉ方程方法,研究了干扰对区间控制系统的二镒性能指标影响的鲁棒控制问题。通过解一个代数Ｒｉｃｃａｔｉ不等式方程给出了该问题的一个解。将该方法应用于某些飞机的鲁棒飞行控制器的设计,说明本的方法是有效的。     

汽车防滑控制系统的安全性

随着国内消费者对汽车知识的了解越来越深入,主动安全性这个词在最近几年开始流行.防滑控制系统作为汽车制动系统的重要配置已成为主动安全性最首要也是最依赖的安全配置.几乎所有的主动安全技术都是建立在制动系统之上的.制动性能是安全性的根本.     

基于视觉的复杂环境下微型飞行器自主飞控问题探讨

基于视觉的飞行控制是提高复杂环境下微型飞行器生存能力和军事应用价值的有效手段。介绍了视觉技术应用于微型飞行器姿态估计、自主导航和目标跟踪的基本方法，归纳出视觉飞控的关键技术，并探讨了一些解决方法。最后，对视觉技术的应用进行了展望。     

倾转旋翼机飞控系统软件模块化设计

倾转旋翼机融合了定翼机与直升机的优点,它可以像直升机一样垂直起降和悬停,也可以像定翼机一样以较高速度进行远程飞行.本文主要对倾转旋翼机的飞行控制系统软件进行设计.首先介绍了飞控系统的硬件构成.然后对飞控系统的功能进行划分.最后根据功能将其分为过渡过程控制、飞行控制、遥控、遥测、导航和失控检测六个模块,并进行详细设计,给出了设计的程序流程图     

智能车辆导航控制技术

首先建立了车辆预瞄运动学方程,并通过系统辨识实验得到了转向系统动态方程,然后获得了完整的基于预瞄运动学模型的转向控制模型。采用滑模变结构控制方法设计了车辆的导航控制器。针对在设计和实验中遇到的一些问题(前轮转角对控制器输出的影响、实验中系统存在静偏差的原因、预瞄点处的侧向偏差与车辆实际侧向偏差之间的关系等)通过仿真进行了系统的分析,并提出在软件中消除净偏差的解决方法。最后现场实验验证了导航控制方法满足车辆导航的要求。     

Robust parametric approach for tracking control of an air-breathing hypersonic cruise vehicle

To realize the stabilization and the tracking of flight control for an air-breathing hypersonic cruise vehicle, the linearization of the longitudinal model under trimmed cruise condition is processed firstly. Furthermore, the flight control problem is formulated as a robust model tracking control problem. And then, based on the robust parametric approach, eigenstructure assignment and reference model tracking theory, a parametric optimization method for robust controller design is presented. The simulation results show the effectiveness of the proposed approach.     

Optimizing control of a two-span rotor system with magnetorheological fluid dampers

A control system aims at vibration reduction in a two-span rotor system with two shear mode magnetorheological (MRF) dampers is designed. A finite element model of the MRF damper-rotor system is built and used to analyze the rotor vibration characteristics. Based on Hooke and Jeeves algorithm and the numerical simulation analysis, an optimal appropriate controller is proposed and designed. Experimental results show that rotor vibration caused by unbalance is well controlled (first critical speed region 37%, second critical speed region 42%). To reflect advantages of optimizing strategy presented and validate the intelligent optimization control technology, detailed experiments were developed on a two-span rotor-vibration-control platform. The influence on accuracy, rapidity and stability of optimizing control for rotor vibration are analyzed. It provides a powerful technical support for the extension and application in target and control for shafting vibration.     

深度混合动力电动汽车牵引力控制方法

提出了基于深度混合动力电动汽车的牵引力分层控制方法。上层控制中提出了基于动态滑模的驱动轮目标驱动力矩制定策略;下层控制中提出了电机转矩单独控制策略、基于转矩动态协调的发动机电机协调控制策略以及工况识别逻辑。最后开发了仿真和硬件在环试验平台,结果表明,本文方法能够快速、准确、平稳地实现对打滑车轮的控制,改善了深度混合动力汽车的起步性能、加速性能以及稳定性能。