三维动态环境下多无人机编队分布式保持控制

针对无人机编队沿参考轨迹飞行时遭遇突发障碍物而发生碰撞的问题, 提出一种可实时避障及机间避碰的分布式编队保持算法. 基于虚拟结构编队策略, 采用非线性模型预测控制(NMPC) 方法设计分布式编队控制器. 为了实现通讯延迟下的机间避碰, 采用基于不同优先级的改进避碰惩罚策略. 仿真结果表明, 所设计的分布式编队控制器能保证编队及时避开环境中的突发障碍物, 且无人机间不发生互碰, 避障后的各编队继续以原队形沿参考轨迹飞行.

     

基于神经网络的多机协同编队控制器设计

针对多架无人机协同编队飞行控制问题,设计了一种基于BP神经网络的无人机编队飞行控制器.以两机编队为单元,僚机同时跟踪长机和相邻僚机,根据相对位置和参考坐标系统,采用BP神经网络训练得到最佳的PID控制参数,设计三通道PID控制器并对编队系统进行分布式协同控制,使系统快速跟踪指令并保持编队队形.对四架无人机组成的编队系统进行仿真,系统编队可快速保持期望队形,表明设计的编队控制系统具有良好的稳定性和较强的抗干扰能力.     

日心悬浮轨道航天器编队飞行控制

针对日心悬浮轨道航天器编队飞行控制问题,应用线性自抗扰控制（LADRC）技术设计了编队飞行控制器．首先,考虑外部扰动,基于圆形限制性三体问题（CRTBP）模型推导了航天器编队日心悬浮轨道非线性动力学方程．其次,提出了一种基于扰动估计和补偿的编队飞行控制方法,避免了通过航天器局部线性化动力学方程或精确非线性动力学方程设计编队飞行控制器时存在的模型精确性过度依赖等缺陷．最后,数值仿真表明存在系统模型不确定性、初始入轨误差及地球轨道偏心率扰动的情况下,所设计的控制器实现了高精度的编队飞行控制,并优于NASA制定的5 mm编队飞行精度标准．     

无人机编队队形保持变换控制器设计

研究无人机编队队形保持变换的控制设计问题.由于控制系统队形跟踪应保证姿态的稳定性,针对两架无人机在“长机-僚机”编队结构中的左菱形编队飞行控制系统,为了有效控制飞行队形,保持变换,提出了根据编队飞行的几何关系推导编队相对运动学方程,结合无人机的自动驾驶仪模型建立了相应的编队飞行线性化数学模型.采用PID控制方法分别对速度、航向和高度设计了一种能通过控制编队间距实现队形变换的三维编队队形保持变换的控制器,并进行仿真.仿真结果表明所设计的控制器能够有效地控制无人机编队,在飞行过程中可以稳定地保持队形,并能根据任务要求合理进行编队,并无碰撞,为设计提供了依据.     

多无人机完全分布式有限时间编队控制

针对分布式通信网络,研究多无人机完全分布式编队生成和保持控制问题.基于滑模和自适应方法设计自适应耦合增益,进而结合与邻居无人机之间的相对状态设计一种新的有限时间编队控制器.该算法去掉了传统编队控制器依赖通信网络范围和拓扑及Leader无人机状态等全局信息的限制,基于Lyapunov理论证明无人机编队误差在有限时间可以收敛到边界可调的邻域内.对三维运动的多无人机编队进行仿真验证,结果显示,所设计的编队控制算法可以实现多无人机有限时间完全分布式编队生成和保持.     

无人机空中加油建模与仿真分析

无人机空中加油的关键在于建立并保持加油机与无人机之间的有效队形,实现无人机在此过程中的自动飞行;在对空中加油全过程论述的基础上,首先对加油过程中的编队飞行问题进行了数学建模,并依据所建立的数学模型设计了无人机编队飞行控制器,最后通过对空中加油条件的模拟初始化,给出了无人机对接阶段的仿真要求并对所建立的系统模型及控制器进行了仿真验证;仿真结果表明,所建立的模型及控制器可以实现加油编队快速、平稳的会合、对接,为空中加油任务的顺利完成提供了保障.     

基于HLA/RTI 的多无人机编队飞行仿真系统框架

为实现多无人机编队的飞行仿真,提出了多无人机编队的飞行仿真系统设计方案。在对系统需求分析的基础上,设计了仿真系统的总体组成。以高层体系结构(High Level Architecture,HLA)作为框架,利用三维可视化建模工具Creator、视景仿真软件Vega Prime和HLA仿真支撑平台RTI,开发了基于HLA/RTI进行分布式仿真的多无人机编队飞行系统框架。RTI为通信支撑层,建立了多机实时通信的飞行仿真系统,由管理者发号施令,并将飞行结果实时存储,仿真人员可进行分析,改进飞行效果。     

基于分布式模型预测控制的无人机编队控制

针对多四旋翼无人机编队在巡航飞行过程中队形形成和保持问题,采用分布式模型预测控制方法将该问题转化为在线滚动优化问题.建立线性时不变的编队运动模型,进而在考虑状态和输入约束,不考虑时延、外界干扰、噪声的情况下,利用领航跟随策略设计一种分布式模型预测控制器,通过引入自身和邻居的假设状态轨迹设计代价函数.其中邻居信息的交互是在有向、时不变通信拓扑结构下进行的.基于该控制器,无人机能够在跟踪目标轨迹的同时,快速形成预先设定的队形并保持队形飞行.通过引入终端等式约束保证系统稳定,进而将目标函数作为Lyapunov函数,给出编队系统渐近稳定的充分条件.最后,利用6架无人机仿真验证控制算法的有效性和优越性.     

无人机编队飞行神经网络自适应逆控制器设计

针对无人机编队飞行时存在的气动耦合和外部干扰等影响因素,提出基于“长-僚机”模式的神经网络自适应逆控制器设计方法.详细推导了气动耦合影响,建立了完整的编队飞行非线性数学模型,设计了非线性动态逆控制律,提出了改进的 BP 神经网络算法,自适应地逼近和在线补偿动态逆误差,改善了控制效果,并针对队形变换提出了简单有效的设计思想.仿真表明,该控制器能有效实现编队队形的保持或变换,控制系统结构具有良好的扩充性.     

基于多任务的无人机编队控制研究

考虑到多架无人机编队飞行的特点,将松散编队及协同思想应用到紧密编队控制中,提出了一个三架无人机协同作战编队的飞行控制系统设计方法;在编队飞行动力学模型的基础上,设计了基于特征结构配置的无人机横侧向控制律,进行指定航路的飞行控制;然后,设计编队控制器,两架僚机可紧紧跟随长机并保持队形稳定;仿真结果表明,设计的控制器可以控制多架无人机进行紧密编队飞行,具有一定的实用性和推广价值。     

一种用于无人机的分布式飞行控制系统设计①

分布式结构已广泛应用于高可靠航空电子设备的设计中。设计了一种基于控制局域网（CAN）的分布式飞行控制计算机,用于在执行飞行任务过程中无人机的飞行控制律解算和系统管理。根据无人机控制的实时性和可靠性需求,提出了一种CAN通信、双端口随机访问存储器（DPRAM）通信和控制任务相互配合的内部通信机制。实验表明根据该通信机制设计的通信方案完全满足无人机控制的实时性和可靠性要求,同时解决了分布式结构引入的数据延时问题。     

Circular Formation Flight Control for Unmanned Aerial Vehicles With Directed Network and External Disturbance

This paper proposes a new distributed formation flight protocol for unmanned aerial vehicles(UAVs)to perform coordinated circular tracking around a set of circles on a target sphere.Different from the previous results limited in bidirectional networks and disturbance-free motions,this paper handles the circular formation flight control problem with both directed network and spatiotemporal disturbance with the knowledge of its upper bound.Distinguishing from the design of a common Lyapunov fiunction for bidirectional cases,we separately design the control for the circular tracking subsystem and the formation keeping subsystem with the circular tracking error as input.Then the whole control system is regarded as a cascade connection of these two subsystems,which is proved to be stable by input-tostate stability(ISS)theory.For the purpose of encountering the external disturbance,the backstepping technology is introduced to design the control inputs of each UAV pointing to North and Down along the special sphere(say,the circular tracking control algorithm)with the help of the switching function.Meanwhile,the distributed linear consensus protocol integrated with anther switching anti-interference item is developed to construct the control input of each UAV pointing to east along the special sphere(say,the formation keeping control law)for formation keeping.The validity of the proposed control law is proved both in the rigorous theory and through numerical simulations.     

某型无人机飞控系统设计与实现

某型无人机数字式飞控系统是以高性能PC104计算机为核心的,其控制方式有时间程序控制、遥控指令控制和按预先装订的航路实现三维自主飞行控制3种方式,以3维自主飞行方式为主;为了确保无人机在不受遥控的状态下安全坠毁,设计了无人机飞行安全控制系统;通过计算GPS数据来判断无人机是否超出安全区域,进而控制舵机离合器电源以实现安全控制功能;设计了用于验证该系统的仿真系统,通过仿真结果,验证系统的可行、正确.     

无人机航迹控制模块的优化设计与实现

当前在无人机作业过程中,能够根据预设的目的地信息自主控制飞行的模块,在多个最优方案条件下,需要预设复杂约束条件,否则就会存在寻优过程不收敛的问题,导致控制效果不佳。针对这一问题,研究了无人机航迹自主控制模块的改进设计。设计可以采集无人机的位置、速度等飞行信息,并上传至飞行主控器的模块硬件,软件在符合无人机飞行约束与威胁约束的条件下,规划获取后续飞行的最优航迹点。为了保证无人机飞行距离最短、高度最小,将无人机航迹自主控制问题变成优化问题。在面临多个最优方案条件下,构建基于鲸鱼算法的无人机航迹选择模型,以无人机飞行航线代价最小为目的,使用鲸鱼算法求解无人机航迹自主控制方案,完成软件设计。实验结果显示：使用所设计模块后,无人机可自主控制飞行航迹,成功避开静态威胁因素、动态威胁因素安全飞行至目的地。     

Design and implementation of an autonomous flight control law for a UAV helicopter

In this paper, we present the design and implementation of an autonomous flight control law for a small-scale unmanned aerial vehicle (UAV) helicopter. The approach is decentralized in nature by incorporating a newly developed nonlinear control technique, namely the composite nonlinear feedback control, together with dynamic inversion. The overall control law consists of three hierarchical layers, namely, the kernel control, command generator and flight scheduling, and is implemented and verified in flight tests on the actual UAV helicopter. The flight test results demonstrate that the UAV helicopter is capable of carrying out complicated flight missions autonomously.     

基于Multigen的无人机任务飞行仿真系统

介绍基于Multigen仿真软件Multigen Creator, Creator Terrain Studio和Vega Prime的无人机任务飞行仿真系统,在Vega Prime中建立无人机的飞行控制运动函数,实现无人机模型在虚拟仿真场景中的六自由度运动。基于.NET 2003环境下多线程编程技术和SBS网络数据传输,实现该系统的实时应用。仿真结果表明该系统能较好地模拟无人机作战飞行任务。     

多旋翼无人机地面控制站软件系统设计与开发

针对多旋翼无人机自主飞行实时监控需求,开发了一套完整的多旋翼无人机地面控制站软件系统;根据多旋翼无人机地面控制站软件总体设计分析,基于功能模块化思想,分别设计并实现了飞行监控、飞行任务管理、二维与三维结合的导航电子地图以及数据库技术等功能,为无人机的实时监控提供了有力保障;地面控制站软件系统的三个用户主界面简约美观,能够实时切换,便于地面操作员对无人机的飞行监管;最后,通过某型多旋翼无人机的飞行作业,对地面控制站软件系统进行了全方位测试;实验测试有效地证实了该地面控制站软件系统具有完善的监控功能,操作简便,完全满足无人机地面控制站需求,已经作为标配软件提供给用户使用。     

基于ATmega128单片机的无人机飞行控制系统的设计

通过分析无人机飞行控制系统的工作原理以及对飞控计算机功能的需求,给出了基于ATmegal128单片机的无人机飞行控制系统的硬件平台设计方法.本系统具有功能全、体积小、重量轻、功耗低、集成度高等特点,非常适合应用于小型无人机.     

高实时性的无人机飞控软件测试系统设计

机载计算机作为无人机系统的控制核心,在设计过程中对其进行性能监测及功能验证是保证其正常工作的基本途径;运行于机载计算机内的飞控软件已成为无人机飞控系统设计中最重要的因素之一,采用Labview和RTX搭配的建模方式,模拟无人机机载计算机的真实硬件环境,在Windows操作系统下构建一套高实时性的测试系统方案,完成对机载计算机飞控软件的实时监测评估和性能测试;经实际测试,该系统能够实现对无人机飞控软件的实时监测和测试,实时性带来的实时误差不超过1％.     

无人机模糊飞行控制器设计

近年来,无人机凭借其各种优势,受到了各国越来越多的关注;飞行控制系统是现代无人机的核心,其控制律设计结果对无人机飞行特性的影响至关重要,决定无人机是否能够满足自主飞行要求;为了获得更好的控制效果,保证无人机能更好地适应复杂环境和任务,在常规模糊控制方法的基础上引入修正因子和积分抑制策略,设计出了一种模糊飞行控制器;仿真结果表明,该控制器具有较好的控制效果和较强的鲁棒性,较一般的模糊控制系统具有控制速度快、精度高、鲁棒性强等特点,更能适应无人机的特殊要求.