某型涵道无人飞行器控制系统设计

涵道无人飞行器是一种可垂直起降的新型航空器,控制系统是其核心组成部分.从工程应用需求出发,针对涵道飞行器设计了一种具有高性能价格比、结构紧凑、低功耗的控制系统;提出基于PID的飞行控制策略并给出了控制系统总体结构,设计硬件与软件系统实现飞行器的姿态和轨迹控制,并进行飞行仿真试验验证.验证结果表明,设计方案合理可行,具有很高的应用价值.     

涵道尾座式垂直起降飞行器全包线飞行控制

本文针对一种新型涵道尾座式垂直起降飞行器的非线性控制问题, 提出一种全包线飞行控制方案. 在设计 的控制框架中, 采用统一的坐标系描述该飞行器的多模态特性. 对于不可测量的外部力矩, 设计了辅助系统进行观 测及自适应律进行补偿; 对于可测的合外力, 设计了一种基于加速度测量的拉力/姿态几何解耦方法; 同时, 给出了 保证闭环系统全局指数稳定的充分条件. 最后, 所述控制方案成功应用于一小型涵道尾座式无人机上, 并完成了飞 行器垂直/水平模态转换飞行试验, 验证了所提出方法的有效性.     

纵置双涵道式飞行器悬停控制系统设计

涵道风扇较同样直径的螺旋桨能产生更大的升力,且结构紧凑、安全性高、噪音低.以此为推力装置的可垂直起降飞行器具有良好发展前景.但其系统动力学特性是属于多变量、强耦合的非线性系统,在控制系统的设计中必须进行良好的解耦设计纵置双涵道式飞行器的飞行控制系统的控制特征进行了分析,建立基本的控制系统动力学模型,利用模型跟踪解耦自适...     

基于STM32的四旋翼飞行器控制系统设计

四旋翼飞行器控制系统的性能决定了飞行效果的优劣,如何改善飞行控制系统使其拥有更良好的表现成为近几年的研究热点。根据四旋翼飞行器的飞行原理,设计了一种新型四旋翼飞行器控制系统。该系统以STM32作为主控制器,配合各姿态传感器实现飞行器姿态及位置的控制,并结合以姿态角为主要误差源的双环结构PID控制器,提高了飞行器的平稳性。经实际飞行验证,该飞行控制系统方案能够取得较稳定的飞行效果。     

MPC在飞行器底层控制及高层决策中的应用

对模型预测控制方法在飞行器底层控制及高层决策中的应用、研究状况进行分析与综述,着重介绍了模型预测控制与控制李雅普诺夫函数、神经网络预测控制等组合控制方法,并给出了它们在飞行器纵向和侧向回路、飞行器镇定与机动飞行、飞行器任务规划以及飞行器管理系统等中的研究结果。通过对大量的研究和实验结果的归纳总结,指出模型预测控制是未来飞行器控制,特别是飞行器高层决策系统中的一种具有发展前途的控制策略。     

微小型球形飞行器飞行控制系统设计

根据微小型球形飞行器的结构特点和工作原理,设计了一套基于ARM Cortex-M3 STM32F103RBT6微控制器的飞行控制系统,进行了主要模块的功能设计与性能分析,给出了研究结论与选型依据,还设计并完成了姿态传感器两轴转台实验和飞行器室内飞行试验;测试结果表明,该控制系统的姿态传感器姿态测量精度高,能够为飞行控制提供姿态参考信息;飞行器能够圆满实现空中悬停、低空机动等飞行动作,且空中飞行姿态稳定、实时、可靠;该飞行控制系统功能可靠、性能稳定,能够较好地满足微小型球形飞行器的飞行控制要求,具有一定的实用性与扩展性。     

基于瑞萨单片机的四旋翼自主飞行器设计

该四旋翼自主飞行器以瑞萨公司的R5F100LEA单片机为控制核心,包括飞行姿态处理模块,超声波测距模块,红外传感器循迹模块,电机驱动模块以及微处理器模块等.飞行姿态处理由MPU6050加速度计陀螺仪提供,保证飞行器平稳飞行.超声波测距模块和红外传感器循迹模块为飞行器提供导航参数使飞行器可以按照规定航线并以一定高度飞行.本设计中应用了PPM控制方法,PID算法,平滑滤波等,使飞行器实现在一定区域内一键式起飞,稳定飞行,精确降落.并且可以拾取物件,完成空投任务,最终精确降落并停机.     

接触作业型飞行机械臂系统的力/位置混合控制

针对飞行机械臂系统移动接触作业问题,使用了一个力/位置混合控制框架,用以控制飞行器系统持续可靠地接触外部环境同时保持一定大小的接触力,并实现在接触过程中的期望轨迹跟踪.首先将作业空间分成2个子空间--约束空间和自由空间,并分别进行力控制和位置控制.对于力控制问题,证明闭环无人机系统是一个类弹簧-质量-阻尼系统,然后在约束子空间中设计逆动力学控制器来实现接触力控制.自由飞行空间中的运动控制依靠轨迹规划和位置控制器来实现.最后,开发了基于六旋翼飞行机器人的单自由度飞行机械臂系统,在飞行状态下进行接触墙面并跟踪倾斜直线轨迹的实验.结果显示本文所使用方法能够保证在平稳移动的同时控制期望的接触力.     

仿猎鹰扑翼飞行器自主飞行控制系统设计

仿生扑翼飞行器作为一种新型的飞行器,具有噪声小、隐蔽性好、机动性强、能量利用效率高等优势,在民用和军用领域具有广阔的应用前景.仿生扑翼飞行器的自主飞行能力是高效执行飞行任务的关键.目前,国内外飞行器的自主飞行研究已经取得了一些成果,然而鲜有以仿生扑翼飞行器为载体的研究.仿生扑翼飞行器特有的驱动结构给自主飞行控制研究带来了较大的挑战.本文以仿猎鹰扑翼飞行器作为研究平台设计了自主飞行控制系统.由于仿猎鹰扑翼飞行器的负载较小,本文采用了重量较轻的STM32微型计算平台作为主控芯片设计了硬件系统.由于微型计算平台的算力有限,本文综合考虑制导精度和运算速度,提出了一种线性/非线性切换制导算法,并通过仿真实验与线性制导、非线性制导算法进行了对比,证明了其更加适合于仿猎鹰扑翼飞行器.考虑到仿猎鹰扑翼飞行器的机构滞后问题,对其滚转角和高度设计了一个串级PID控制器.结合面向仿猎鹰扑翼飞行器的地面站软件,最终实现了基于仿猎鹰扑翼飞行器的自主定高圆弧轨迹跟踪任务.     

基于三自由度飞行器模型的航迹发生器设计

针对飞行器航迹研究,捷联惯性导航系统的性能评估需要飞行轨迹数据和相应的惯性器件参数,但真实飞行数据较难获得,且不易灵活调整.为了仿真实际的速度、位置、姿态等飞行数据,设计了三自由度飞行器模型的航迹发生器.在建立三自由度飞行器模型的基础上,设计了飞行器的航路飞行控制方案,并实现了多航路点的飞行仿真与导航验证.实验结果表明,算法所产生的飞行轨迹数据和惯性器件数据过渡平滑、符合飞行动力学特点,并且通过调整参数设置能够方便地制定航迹,对于分析和提高捷联惯性导航系统性能具有重要的理论参考价值.     

航班延误树的构造与波及分析

由于一架飞机在一天中要执行多个航班,各航班之间存在前后衔接关系,因此,一个航班的延误会波及到下游许多其它航班。重点研究飞机和机组资源对于航班延误与波及的影响,给出延误树的生成过程,通过初始航班延误的触发,动态建立以该航班为根结点的航班延误树,并根据统计结果给出相关量值。实例分析了初始航班延误发生的时刻、持续时间与波及的程度,以期辅助优化飞机与机组排班,减少航班延误。     

基于Skyline技术的飞行过程再现

利用Skyline技术开发一种低成本、能够在普通PC上运行的飞机飞行过程再现软件。实现完整、准确、逼真地再现飞行过程,为飞行安全分析、飞行事故调查、飞行训练质量评估、飞行员操纵品质评估提供准确、客观的依据。     

飞行器三维动画仿真

本文介绍了基于微机和图形加速卡的飞行器三维动画仿真，讨论了真实感三维实体动画的实现方法。利用飞行器三维动画仿真系统可方便建立飞行器实体模型，选择飞行器实体及运动数据，交互地观察飞行器运动画。     

碳卫星载荷航空校飞试验飞行航线设计

介绍了碳卫星工作在主平面天底观测和主平面耀斑观测两种观测模式下飞机飞行试验中航线设计方法,充分考虑了由于太阳和飞机运动所引起的观测模式参数变化而引起的飞行航线设计变化,建立了航线设计模型,给出了航线设计准则、具体设计方案及设计结果。通过对比计算数据与实际校飞试验数据,对航线设计进行误差分析,验证了航线设计方法的有效性和精确性,所设计的航线满足试验要求。该方法同样适用于其他敏捷目标观测航线设计。     

飞行仿真中基于FLUENT气动系数计算的应用研究

气动系数模块是飞行性能仿真中的主要组成部分,主要完成飞行性能仿真中气动力和力矩的计算,气动系数数值的准确与否对飞行性能仿真的逼真度起关键性作用。由于计算机的发展,计算流体力学CFD（ComputationalFluidDynamics）的地位与作用很快得到提高。以纵向气动系数为例,探索利用计算流体力学CFD软件FLUENT对飞机进行实体建模,从而弥补气动数据的不准确或不完备问题,建立完备而准确的气动数据库,实时在线解算气动系数,进一步真实模拟飞机的飞行性能。     

基于Cardinals三次样条曲线的航迹生成算法实现

根据军用飞机飞行参数记录系统提供的飞行数据,提出一种利用Cardinals三次样条曲线进行航迹生成的算法。经过对离散点航迹误差修正及样条曲线的讨论,给出实时计算任意时间点飞机质心位置的公式,为开发可在普通PC机上运行的军用战机飞行过程再现软件,提供了条件。     

一种寻优的BP神经网络飞行轨迹实时跟踪算法

实时跟踪飞行轨迹可以有效地观测偏离预定航迹的程度,为位姿修正提供了参考。提出了一种寻优的BP神经网略实时跟踪飞机飞行轨迹,基于误差平方和最小化原则确定最优的隐层神经元个数。不同的飞行状态对应不同的位姿、速度等数据,飞行数据和飞行条件可以通过神经网络的权值和阈值来表征。通过仿真结果可以看出,设计的寻优BP神经网络具有可靠、准确及快速跟踪等优点。     

全数字通用飞行仿真平台的设计与实现

针对作战训练并验证先进飞行控制律,设计一种全数字通用飞行仿真平台。介绍该平台的总体结构,在建立飞机动力学模型和通用飞行仿真数据库的基础上,阐述各模块的功能和创建方法,以某型无人机为例,对平台进行仿真验证。结果表明,该平台直观性强,输出参数准确,能较好地模拟真实飞行。     

基于总线仪器的飞行信号再现方法研究

提出基于总线仪器的飞行信号再现方法,将原始飞行数据经解译、数据去噪、插值平滑、信号解算等处理后驱动总线仪器,按照一定的逻辑时序再现飞机飞行过程中产生的各种信号,在地面作为飞行数据记录仪的数据源,解决飞行数据记录仪功能及性能测试真实性、有效性问题。研制的飞行信号管理系统,信号类型包括模拟量、离散量和各种机载总线量,实现飞行信号再现的同时对产生的信号进行自检验证,保证信号再现准确性。系统由硬件平台和系统软件组成,采用网络化集成、集中互联接口、时钟同步和触发、硬件资源模型化、飞参解译、数据去噪、插值平滑、IVI类驱动封装等软、硬件设计及实现中的关键技术。通过系统和某型号飞行数据记录仪联机测试,结果分析证明研制软硬件的功能、性能及信号再现准确性。     

飞行航迹再现与三维回放研究

为了便于飞行事后分析,根据民用客机机载数据,本文采用了轨迹积分法重现飞行轨迹并用经纬度转换法进行校正,首次利用几何高度表示飞行轨迹中的高度。为实现在三维场景中进行飞行动态回放研究,设计了三维飞行回放程序,重点设计了飞行轨迹以及姿态的变化在三维场景中的展示。通过程序演示表明:该方法能正确流畅地对飞行进行事后回放演练,有利于观察分析,可用于飞行事后调查与研究。