大气扰动下无人机纵向控制律设计研究

针对飞行控制系统设计中的大气扰动抑制问题进行了研究;讨论了Dryden紊流频域模型及时域对应的成形滤波器,建立了大气扰动下飞机纵向运动的小扰动方程;基于H∞控制理论,应用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了鲁棒飞行控制系统;以某无人机纵向通道为例,选取全飞行包线内多个特征状态点,对设计的控制器进行仿真实验;仿真结果表明,所设计的控制器具有满意的干扰抑制能力和良好的鲁棒性及动态品质。     

针对大气紊流改进的飞控系统设计及仿真研究

提出了一种改进的抗大气紊流纵向俯仰姿态保持飞行控制系统设计方法;针对大气紊流频谱,建立了包括大气紊流、舵回路和飞机模型为一体的增广模型;运用LQG/LTR对控制系统稳定裕度的补偿作用,设计了抗素流扰动的飞行控制系统,并加入外环PID控制器,提高了系统的动静态性能;最后通过给飞机模型施加摄动来验证飞行控制系统的鲁棒性;仿真结果表明,用该方法设计的飞行控制系统具有良好的动静态品质和较强的抗大气素流干扰的能力,从而使飞行控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性.     

大气紊流影响下飞艇水平面内运动分析

大气扰动是影响高空飞艇水平面内运动的重要原因.研究紊流风速对飞艇飞行性能的影响时,大都采用Taylor冻结场假设,但这样建立的紊流风场模型,不适用于飞艇这类低动态飞行器,需要考虑时间变化对紊流风速的影响.首先给出大气紊流的一般性描述,包括相关函数、频谱函数、尺度和强度的选取,然后建立含扰动风参数的水平面内飞艇动力学仿真模型.最后分别将不考虑时间变化的扰动风和考虑时间变化的扰动风加到飞艇动力学模型上,进行仿真分析.仿真结果表明,考虑时间变化后的紊流风速模型能真实反映飞艇对大气紊流响应的随机特性.     

某小型无人机纵向扰动模型及静稳定性仿真

在无人机设计之初,有必要建立其扰动模型并对静稳定性进行仿真分析;在建立无人机纵向运动方程的基础上,针对某小型无人机进行了方程的数值计算和配平,运用现代控制理论,以飞行迎角的突然扰动作为控制信号建立了无人机的纵向扰动模型,提出一种新型的控制矩阵,更加全面、更加直观地反映了无人机的纵向扰动运动;通过对扰动模型的仿真,表明无人机的结构参数和气动参数使其具有可靠的纵向静稳定性;最后运用所建立模型,分析了不同迎角基准运动状态的选择对扰动过程的影响,对无人机基准运动状态的选择具有参考意义.     

飞艇扰动特性的分析方法研究

目前,研究大气扰动对飞艇的影响,广泛使用简化大气扰动模型,又称工程化模型.以大气紊流为特例,分析了其对飞艇性能的影响.首先,给出了大气紊流的基本情况,包括其频谱特性、扰动特性、尺度和强度,给出了其仿真模型.并给出风场干扰飞艇的模型情况,分别在线性化和非线性化模型上加入大气紊流,进行仿真分析.通过仿真结果,研究了其对飞艇...     

改进PID的无人机飞行姿态角控制消颤算法

无人机在整个纵平面飞行过程中,由于飞行姿态角的大幅度变化以及气流的作用,导致机身颤抖,影响飞行稳定性.提出一种基于PID变结构控制的无人机飞行姿态角控制消颤算法,首先进行了无人机飞行姿态角控制系统的被控对象参量分析,构建无人机在姿态角变化剧烈、大迎角飞行时的三通道模型,采用变结构控制方法进行控制器设计.结合小扰动原理和Lyapunov稳定性原理进行扰动抑制和稳定性证明,采用梯度算法调整权值进行飞行姿态角控制的消颤处理,采用自适应算法在线调整权值实现PID变结构控制改进.仿真结果表明:采用该算法进行无人机飞行姿态角控制和消颤处理,大幅度提高无人机飞行定姿的精度,横滚角、俯仰角和航向角的控制精度有较大提高,稳定性和收敛性较好,确保了无人机飞行稳定性.     

基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法

无人机飞行受到气动阻尼扰动,从而导致控制稳定性不好。当前采用翼型截面气动参数调节的方法进行无人机抗扰控制,以扭角以及振动方向等参数为约束指标,参数调节的模糊度较大,对气动姿态参数调节的稳定性不好。文中提出基于气动参数调节的无人机抗扰动控制算法。该算法根据无人机的飞行工况构建各阶模态对应的气弹耦合方程,在速度坐标系、体坐标系、弹道坐标系三维坐标系下构建无人机的飞行动力学和运动学模型;采用卡尔曼滤波方法实现对无人机飞行参数的融合调节和小扰动抑制处理,并采用末端位置参考模型进行无人机飞行轨迹的空间规划设计;在卡尔曼滤波预估模型中实现对动力学模型的线性化处理,采用气弹模态参数识别方法进行无人机的飞行扰动调节;将姿态控制作为内环,获得位置环状态反馈调节参数;以无人机的升力系数和扭力系数作为气动惯性参数进行飞行姿态的稳定性调节,从而实现无人机抗扰动控制律的优化设计。采集飞机的俯仰角、横滚角和航向角作为原始数据在Matlab中进行仿真分析,仿真结果表明,采用所提方法进行无人机抗扰动控制的稳定性较好,对气动参数进行在线估计的准确性较高,航向角误差降低12.4%,抗扰动能力提升8dB,收敛时间比传统方法缩短0.14 s,无人机飞行的抗扰动性和飞行稳定性得到提高。所提方法在无人机飞行控制中具有很好的应用价值。     

舰载机逃逸过程动力学研究

为研究舰载机逃逸过程中的动力学特性,建立了舰载机的六自由度飞行动力学模型.为充分考虑复杂海洋环境的影响,引入了Dryden大气紊流模型、航母舰首紊流模型和航母运动模型,生成了工程化的模拟逃逸环境.在此基础上,分析了紊流速度和紊流速度梯度对飞气动参数的影响,并采用仿真方法模拟了舰载机逃逸的全过程.结果表明,海上复杂环境会影响舰载机正常飞行姿态,加大横向位移和滑跑距离,影响飞行安全.     

飞行性能仿真中风场模型的研究

为提高飞机飞行动力学系统的仿真逼真度,本文根据实际飞行中的风场类型.重点对影响飞行性能的微下冲气流及大气紊流进行深入研究,提出两种风场的数学模型.其中重点介绍了时不能直接用于仿真模拟的von Kaman大气紊流模型进行有理化处理,改变了以前基于Dryden模型的建模方法.得出逼近于Von Karman模型的新的紊流模型.确定新的滤波器参数,从而在时域内实时生成大气紊流.通过频域上的分析比较和时域的仿真计算.结果表明该模型生成的紊流比以往的Dryden模型更好地符合了大气数理统计特性,并解决了von Karnlan的仿真实现问题.该文的数值模拟算法可直接应用于模拟器的空气动力学运动方程,从而使飞机在风场中的模拟更加真实,对模拟器的研制具有实际意义.     

基于虚拟现实技术的无人机转角控制仿真

无人机飞行状态具有较强的非线性特征,机体绕X轴的转动惯量较小,副翼的舵效相对较高,受到扰动后滚转角速率变化很快,使得无人机的横侧向控制成为转角控制的难点问题.传统采用转角跟踪器的无人机转角控制方法中,反馈线性化过程较为繁琐,对于模型精度要求较高,无法适应不断变化的无人机飞行状态.提出一种应用虚拟现实技术的无人机转角控制方法,用三维实景仿真塑造虚拟的无人机飞行区域实景,在无人机运动过程中,辅助操纵手在目视距离内,由增稳控制或人工遥控方式对飞机转角进行操作,并通过三维建模来对无人机机体模型和舵面模型进行构建,并导人到相应的环境中,再通过相应程序对无人机的运动和舵面的转角进行有效的控制,从而实现无人机转角的准确控制.仿真结果表明,相比传统控制方法,所提方法控制下的无人机转角的响应速度更快,具有高的控制效率,在各种扰动的情况下,均可以实现无差的控制跟踪.