无人飞行器航迹优化自校正控制技术

本文研究解决现行无人机系统在航迹控制中存在的缺陷问题.在对无人机航迹控制技术存在问题进行分析的基础上,利用自校正控制的理论和方法作为航迹优化措施,建立无人机航迹优化模型并进行仿真分析.这对于提高无人机的战场机动性和快速反应能力有着重要的军事应用价值.     

基于仿真的飞行管理系统性能优化研究

结合飞机纵向运动方程,建立了性能优化的数学模型,将性能指标根据能量变化的单调性划分飞行阶段,通过对各阶段航迹进行寻优,分析得到飞机的最优垂直航迹。同时利用FLSIM开发的仿真系统及VAPS设计的仿真显示界面,直观表示了飞行过程和性能优化结果。     

自主无人机导航及数字飞行控制系统的研制

介绍了数字式无人机飞行控制系统的硬件组成和主要特点，详细阐述了该数字飞行控制系统自主飞行的控制律的设计原理及软件实现方法。半物理仿真结果表明，该数字飞行控制系统能够较好地实现自主导航。     

无人机航迹中电力线电晕紫外探测与定位

在无人机电力线巡检中,为了能快速发现并定位绝缘子产生电晕放电现象的位置,对无人机航迹中的电力线电晕探测与定位方法进行了研究。分析了电晕放电功率检测模型,并得到放电源辐射出紫外光功率的公式。设计了具有高灵敏度的电晕探测设备,提出在无人机航迹中发现绝缘子缺陷的定位方法,通过两次不同角度对电力线铁塔探测,比较两次探测结果分析出缺陷绝缘子的位置。最后根据定位方法设计了对电火花和紫外LED探测实验。结果表明,该探测设备能准确探测出电火花产生的紫外光功率,受到紫外光在空气中损耗的影响,测量值随距离的增加而逐渐减小,且在不同距离情况下相对误差在11.5%之内。在紫外LED探测实验中,探测角度选择0°和15°时测量值较为准确。该方法在微弱电晕放电探测中准确有效,能够满足无人机在航迹中对电力线缺陷绝缘子的定位要求。     

无人机飞行控制系统软件故障注入方法研究

本文介绍了应用软件故障注入技术实现无人机飞行控制系统可靠性的评测方法。通过在无人机飞行控制计算机的外部数据总线上截获飞行参数,模拟无人机系统的硬件故障,构建故障模型并实现故障注入过程。实际应用表明该系统可以有效评估无人机飞行控制系统的故障检测、系统可靠性和容错能力。     

利用无人机进行线路设计的勘测技术研究

输电线路在规划设计时,需结合实际地理信息来规划线路走向,而在地形险恶地区人工勘测十分困难。无人机机动性强、集成度高且成本较低,能清晰地拍摄各种地形的图像。现提出一种无人机应用于线路设计的勘测技术,并结合实例验证了所提方法的可行性。     

植保无人机仿地飞行控制研究

植保无人机在进行植保作业时常遇到高低起伏的地形,并且常常需要视距外作业,为了保证作业效果,仿地飞行功能成为植保无人机的必备功能。现以Z-3N无人直升机为平台,使用毫米波雷达进行高度测量,对植保无人机如何实现仿地飞行进行了系统的研究,通过试飞验证,取得了较好的仿地飞行效果。     

基于某种生物启发式算法的无人机航迹规划

无人机航迹规划问题是无人机实现自主飞行的重点和难点,本文提出了一种基于海洋生物启发式的算法,并将其应用于无人机航迹规划中。首先对飞行过程中的约束条件与威胁环境进行分析与建模,使用合适的规划空间方法,将种群初始化,根据位置更新策略不断进行种群迭代,使种群逐渐向最优解进化。仿真实验表明,该算法可有效提高全局搜索能力,避免陷入局部最优解,算法具有快速收敛和可靠性的特点,为无人机航迹规划研究提供了新思路。     

多无人机编队飞行硬件在环测试平台系统的研究

为了能够验证基于各种智能算法所设计出的多无人机近距耦合编队飞行控制器的工作性能,研制了一套新的、低成本的硬件在环测试平台系统,由基于DSP技术的飞行控制子系统、基于Statemate技术的飞行控制子系统虚拟原型机和地面测试子系统组成,并阐述了各子系统的硬软件结构及其关键技术.最后,利用该测试平台,对所研究的多无人机编队飞行模型和编队飞行控制器进行了测试.试验结果表明,该测试平台系统可以测试编队控制器在不同条件下对无人机编队飞行的控制效果,同时也可通过该平台来进一步证明所研究的编队飞行控制系统相关理论算法的正确性和有效性.     

无人驾驶车辆路径跟踪控制预瞄距离自适应优化

基于道路信息,使用驾驶员预瞄模型产生执行器输入是无人驾驶车辆在路径跟踪中使用的主要方法之一,但对于车速较高与转弯半径小等工况,模型误差会导致较差的驾驶舒适性,车辆甚至失去稳定性。为提高无人驾驶车辆路径的跟踪精度,同时兼顾转向频度和车辆稳定性,提出基于粒子群多目标优化（Particle swarm optimization,PSO）算法的预瞄距离自适应驾驶员模型,并将之应用于路径跟踪控制。首先,基于单点预瞄偏差模型,采用滑模变结构设计转向控制器;其次,以路径跟踪精度、转向频度和车辆稳定性为综合性能指标,设计了PSO优化算法,实现了驾驶员模型预瞄距离的自适应寻优。最后,在搭建的CarSim-Simulink联合仿真平台与台架试验上,对所提出的预瞄距离自适应驾驶员预瞄模型进行了仿真和硬件在环试验验证。结果表明,经优化后的预瞄距离能够适应不同车速和道路曲率,驾驶员预瞄模型能兼顾路径跟踪精度、转向频度和车辆稳定性等需求。预瞄距离自适应驾驶员模型结合道路与车速信息,增大对路况与车况适应性,为无人驾驶车辆路径跟踪控制提供可靠的输入。     

折叠翼飞行机器人(D-UAV)控制系统研究

针对低空防御系统,设计了防御方阵中的折叠翼飞行机器人(D-UAV),介绍了D-UAV的工作与实现原理,设计了D-UAV运行控制系统。采用2.4G通讯频率9通道FS-TH9X遥控器、8通道FS-R8B无线接收器实现了D-UAV部分控制功能,配合单片机、陀螺仪、无线以及各种执行模块搭建了整个控制系统。采用模糊控制算法,试验表明该控制系统稳定可靠,并成功应用于D-UAV。     

基于视觉的小型四旋翼无人机自主飞行控制

提出为实现小型四旋翼无人机自主飞行控制,设计一种基于视觉的飞行控制方法,并搭建嵌入式控制架构飞行试验平台。在控制过程中,光流信息与姿态角信息进行融合用于估计无人机水平位置信息,利用获取到的水平位置信息作为内外环结构的比例微分积分(Proportion integration differentiation,PID)控制器外环反馈信息。不同于传统的基于地面站的控制架构试验平台,该飞行系统中采用了一个嵌入式控制架构的试验平台。该平台依靠机载嵌入计算机进行光流计算、运动状态估计,并采用机载飞行控制器执行控制算法。这种嵌入式控制架构工程实现难度高,但更利于实现四旋翼无人机的全自主飞行控制。试验结果表明,提出的设计方法取得了较好全自主飞行控制效果。     

某型无人机载雷达的结构设计

无人机具有研制成本低、环境适应能力强等优势,广泛应用在民用和军用上,但无人机体积较小,研制高可靠性的小型化和轻型化无人机载雷达难度较大.文中论述了某无人机载雷达结构设计的总体方案,利用功率射频单元与天线单元结构一体化和环控一体化设计,实现了无人机载雷达的小型化和轻型化设计,并通过力学仿真和热仿真验证了该方案的可行性.该设计方案成功解决了无人机载雷达占用空间小、重量要求苛刻及无人机无法提供液冷源等技术难题,可供今后同种类型无人机载雷达的结构设计参考.     

四旋翼无人机串级模糊自适应PID控制系统设计

四旋翼无人机是一种典型的欠驱动、非线性系统,这类系统要求控制参数能够跟随系统的非线性变化而自适应变化,结合模糊控制和PID控制的优点,提出一种改进型的串级模糊自适应PID控制系统,该系统由角度模糊自适应PID控制、角速度模糊自适应PID控制两部分组成。搭建该控制系统的数学模型,对角度、角速度控制的PID参数进行非线性化模糊整定,通过软件对比仿真角度单级PID控制、角度角速度串级PID控制和角度角速度串级模糊自适应PID控制三种控制策略,仿真结果表明串级模糊自适应PID控制系统的稳定性、快速性和准确性明显优于其余两种控制策略,通过实际飞行试验数据分析表明串级模糊自适应PID控制算法在四旋翼无人机控制系统上能够取得非常理想的控制效果。     

基于C8051单片机的超小型无人飞行器舵机控制系统

基于C8051F310单片机设计超小型无人飞行器舵机控制系统是一种成本低廉、实现容易的方法。文中介绍了舵机控制系统的实现原理并给出了该系统具体的软硬件设计,系统在飞行器多次试飞后,证明是实用的。     

基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波及其在旋翼飞行机器人容错控制的应用

提出一种新颖的基于MIT规则的自适应Unscented卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)算法,用来进行参数以及状态的联合估计.针对旋翼飞行机器人执行器提出一种执行器健康因子(Actuator health coefficients,AHCs)的故障模型结构,应用自适应UKF对AHCs参数进行在线估计,将联合估计的状态以及故障参数引入基于模型的反馈线性化控制结构,组成完整的容错控制系统.提出的自适应UKF算法以及容错控制结构经过中科院沈阳自动化研究所ServoHeli-20旋翼无人智能平台数学模型进行仿真试验验证,效果良好.     

自主无人机导航及数字飞行控制系统的研制

介绍了数字式无人机飞行控制系统的硬件组成和主要特点,详细阐述了该数字飞行控制系统自主飞行的控制律的设计原理及软件实现方法。半物理仿真结果表明,该数字飞行控制系统能够较好地实现自主导航。     

采用状态反馈的无人车路径跟踪横向控制

针对采用传统模型预测控制器的车辆在弯道内跟踪精度难以保证的问题,本文提出了一种基于状态反馈的路径跟踪横向控制策略。基于车辆动力学模型,建立考虑轮胎滑移包络线约束条件的路径跟踪模型预测控制器,并根据车速选择合适的控制器时域参数;以车辆质心位置为控制点建立车辆跟踪误差模型,结合车辆当前位置横摆角偏差建立状态反馈调节器,通过LQR最优控制方法对无人车姿态进行校正。利用MATLAB/Simulink和Carsim软件对改进的状态反馈控制策略进行了仿真验证,典型双移线道路仿真试验表明:中低车速下车辆路径跟踪横向偏差降低了16%以上,横摆角偏差降低了33%以上,所设计控制器能够有效提高车辆路径跟踪精度,可保证车辆对变曲率弯道具有适应性和行驶稳定性。