小型无人机三维导航控制研究

为提高小型无人机自主飞行的安全性能,更好地执行特定任务,在二维平面导航的基础上提出一种三维导航控制方法;给出三维导航控制器总体结构的设计,介绍了非定高下航程推算的原理,重点阐述了自主飞行中如何在平面导航基础上引入高度控制;利用Matlab/Simulink工具箱搭建仿真模型对三维导航控制律进行仿真验证;仿真结果表明,设计的控制方法切实可行,三维导航系统稳定性良好。     

基于神经网络的无人机滑模飞行控制设计

针对无人机受扰运动,基于Backstepping方法和非线性滑模控制提出了一种鲁棒神经网络飞行控制方案。对无人机姿态角速度层的系统不确定性项,采用径向基函数神经网络并对其权值进行在线调整,从而实现对其进行逼近。将回馈递推设计方法与滑模控制方法结合起来,基于神经网络的输出为无人机设计了一种回馈递推滑模飞行控制器。所设计的飞行控制器用于无人机的姿态控制,仿真结果表明所研究的无人机鲁棒神经网络飞行控制方案是有效的。     

小型无人机自主飞行控制技术的研究

当前,世界各国都加强了对于无人机的研究,这主要在于无人机有效地摆脱了人承受能力的束缚,可以在一些特殊的环境中和不确定的对象下执行高危险的任务。本文首先阐述了无人机自主控制技术的发展需求,然后深入分析了小型无人机自主控制的关键技术,进一步探讨了我国无人机自主控制层级的发展,最后对小型无人机自主控制的未来研究方向做了展望。     

小型无人机数据链与自主飞控系统设计

介绍了小型无人机的组成与总体结构．研究了无人机自主飞行控制系统、数据链、起飞和着陆系统设计方案，采用嵌入式系统和GPS实现了无人机的自主飞行控制和目标自动搜索与识别。     

基于UWB的无人机自主导航系统设计

针对卫星拒止环境下的无人机导航,提出一种基于超宽带（Ultra Wide-Band,UWB）技术的局部定位系统,实现无人机定位与导航。首先利用UWB技术实现测距,进而解算无人机在局部坐标系下的三维坐标,然后基于扩展卡尔曼滤波（EKF）融合多传感器数据以提高无人机的定位精度。基于开源飞控Pixhawk搭建了无人机飞行验证平台,将UWB定位系统数据与飞控传感器数据融合,对无人机在局部坐标系下的自主飞行进行了仿真。最后通过实验验证了基于UWB的多传感器数据融合导航在无人机自主导航控制上的可行性,实现了无人机在地面平台上的自主起降、对地目标伴飞等飞行导航任务。     

面向无人机自主导航的立体匹配算法

无人机自主导航是无人机发展的必然趋势,立体视觉技术作为一种优秀的环境信息测量技术能够为无人机自主导航提供关键信息.但是,导航图像存在幅度失真,现有立体匹配方法的匹配精度较低,针对Census变换舍弃了图像像素色彩信息而造成的误匹配问题,本文提出了一种Census变换和图像色彩信息相结合的联合匹配算法,并经过理论分析提出了正交积分的方法以提高算法的实时性.首先,将Census变换和图像色彩信息联合,构造初始匹配代价;然后,采用改进的自适应窗口作为代价累积窗口,并使用正交积分思想提高累积速度;最后,经过视差提精,获得最终的视差图.实验结果表明:本文算法对幅度失真图像的匹配误差比单独使用Census变换提高了40%～50%,算法的运算时间提速了3～12倍,与Census变换和图像灰度单独作为匹配代价时相比,该方法具有更高的匹配精度,对幅度失真有很强的鲁棒性,能够较好地应用于无人机自主导航场景中.     

一种空间曲线轨迹跟踪的无人机自适应导航控制算法

随着固定翼无人机飞行任务复杂化,为了实现高精度的空间曲线导航控制,基于L1-Navigation非线性导航控制算法,设计自适应模糊控制器优化固定翼无人机跟踪空间曲线导航控制方法。以球面上的空间八字曲线为例,对八字曲线建模,通过坐标转换求得目标航点位置来计算无人机飞行加速度。为了优化加速度控制无人机跟踪空间曲线性能,在L1-Navigation导航控制器中,针对增益系数设计一个双输入单输出模糊控制系统,以轨迹误差和轨迹误差变化率为输入量,以计算横向加速度的增益系数常数为输出量。最后,在Ardupilot飞控中进行飞行模拟实验,飞行实验表明,所提出方法能够精确跟踪空间曲线路径,并且有很好的自适应性。     

基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究

针对现有无人机导航控制方法存在的控制效果不佳的问题,本文提出一种基于粒子滤波的无人机自主轨迹视觉导航控制方法研究。利用粒子滤波算法,实现对无人机自主轨迹视觉导航控制方法的优化设计。采用栅格法构建无人机飞行环境地图,根据无人机的机械组成结构和工作原理,构建运动状态模型。利用内置的摄像机设备采集视觉图像,执行图像灰度转换、几何校正、滤波等预处理步骤。通过对视觉图像的特征提取,判断当前环境是否存在障碍物。利用粒子滤波算法确定无人机位姿,结合障碍物识别结果规划无人机的自主飞行轨迹。将位置、速度和姿态角的控制量计算结果,输入到安装的导航控制器中,完成无人机的自主轨迹视觉导航控制任务。通过实测分析得出结论：应用设计的导航控制方法,其位置误差、速度误差以及姿态角误差均维持在预设值以下,即设计的导航控制方法具有良好的控制效果。     

四旋翼无人机自适应导航控制

研究四旋翼(Quadrotor)无人机导航控制问题。针对传统的四旋翼无人机导航控制方法的目标定位误差和实时性差问题,提出了基于CLOS技术的导航控制方法。采用CLOS技术所开发的导航控制系统使得四旋翼无人机能够在移动停机坪完成自主导航和着陆的任务,并详细研究了导航控制系统的设计和仿真。仿真结果显示了所设计的导航控制系统的性能和有效性,可应用于四旋翼无人机的实时导航。     

Design of Fractional‐Order Backstepping Sliding Mode Control for Quadrotor UAV

This paper derives a nonlinear translational and rotational dynamic model of the quadrotor UAV. An original fractional‐order backstepping sliding mode control method for a typical quadrotor UAV is presented. The new approach can decrease the chattering phenomenon and increase the robustness of control strategy. The strongly coupled characteristics of the under‐actuated system are sought by the virtual controllers. The feasibility for different track trajectories are verified using MATLAB. The new control method can not only track the expected trajectory very well but also has a better robustness for different complex trajectory under disturbances, as the simulation results demonstrate.     

某型无人机导航/飞控系统设计与仿真

某型无人机以DSP为核心部件,介绍了其导航/飞控系统硬件设计、结构,其中主要包括数据采集、数据通信,介绍了导航/飞控软件,给出流程框图,设计了用于验证该系统的仿真系统;仿真系统引入大气模拟系统和GPS模拟系统,介绍大气模拟系统结构原理和GPS工作原理,仿真各子系统之间采用CAN总线进行连接,并且挂载真实舵机,检测舵机偏转检测,形成负反馈;最后,给出系统仿真步骤和仿真内容,得出仿真结果,验证该系统可行、正确.     

基于SCADE的无人机自主导航飞行软件设计

该文研究了一种无人机飞行控制软件设计方法,利用高安全性的应用程序开发环境-SCADE(Safety-Critical Application Development Environment)开发无人机自主导航功能模块的软件;按照SCADE开发嵌入式软件设计流程,自动生成可直接面向工程的高安全性嵌入式代码;并通过代码的效率测试和安全性测试,验证了在SCADE环境下进行无人机软件开发的优越性;由此得出SCADE很大程度上实现了软件开发的自动化,节约了开发成本和开发时间,并具有很高的安全性特征.     

基于幂次函数的预测滑模控制算法

针对一类不满足匹配条件的不确定离散系统,利用全程滑模面设计了切换函数的预测模型,利用幂次函数趋近律设计了参考轨迹,结合反馈校正和滚动优化技术得到了一种离散滑模控制算法。理论分析和数值仿真均表明,该算法不需要知道系统的不确定性上界,对于不满足匹配条件的不确定性系统具有强鲁棒性,可以使切换函数无抖振的收敛于与外干扰相关的某一稳态值,而且被控系统表现出了良好的动态品质。     

基于量子遗传算法的模糊滑模控制

针对一类具有不确定性的非线性系统,提出了一种新的基于量子遗传算法的模糊滑模控制器的设计方法.将模糊控制与滑模控制相结合,利用滑模控制使系统跟踪误差进入边界层内;启用模糊控制替代切换控制,并在边界层上通过监督函数平滑控制作用.在滑动模态产生条件下,通过量子遗传算法优化模糊控制器的控制规则,有效地解决了模糊滑模控制中模糊控制规则的确定问题,从而削弱了系统的抖振,改善了控制器的控制性能.仿真结果表明了该方法的有效性.     

基于模糊逻辑的滑模控制设计方法

针对一类具有不确定性的单输入非线性系统，根据滑模控制原理。采用趋近律方法优化的滑模控制设计方法，以满足控制系统的鲁棒性和趋近运动品质的要求；同时根据模糊理论将切换函数模糊化，并且通过模糊规则自适应调整切换函数的模糊量化因子，以消除变结构控制系统固有的抖振和进一步改善系统偏差。仿真结果表明．设计的模糊滑模系统，具有对模型不确定性和外来干扰较强的鲁棒性以及良好的跟踪性能。避免了系统固有的颤动现象，控制的效果良好，性能满意；可应用于此类不确定非线性系统的设计综合问题。     

基于GPS仿真器的无人机导航系统半物理仿真研究

讨论了无人机导航半物理仿真系统中GPS仿真器的设计方法;根据GPS接收机输出信息的特点和WGS-84与各种坐标系的转换关系,将飞机模拟系统解算得到的无人机位置信息转换成与之对应的GPS信号传输到导航链路,用于无人机航迹控制;根据导航飞控系统功能的要求,构建了一个半物理仿真平台来验证此系统,试验结果证明了采用模拟GPS仿真器完全可以对导航软件的功能进行有效的验证,并达到了预期设计要求。     

基于滑模控制的改进差分进化算法

针对机器人轨迹规划问题,提出了一种基于滑模控制的改进差分进化（IDE）算法.以运行时间和能量损耗为目标函数.利用种群中最好个体和平均水平个体的差分引导变异方向,利用种群中最好个体替换最差个体,加快收敛速度.取消变异因子和交叉因子,降低人工干预,增强了模型稳定性.利用保形分段三次Hermite插值代替三次样条插值,防止拟合过冲,降低了抖振.基于给出的状态空间方程,设计了滑模控制律,通过李亚普诺夫函数方法证明了系统的稳定性.仿真实验和结果分析表明,改进的算法有较强的搜索能力,加快了收敛速度,降低了运动轨迹的抖振.