飞翼无人机着舰横侧向控制律设计

以飞翼布局无人机为控制对象,针对无人机着舰姿态和空速控制问题,研究并设计横向姿态控制律和空速控制律,可以满足无人机对标准着舰轨迹的精确跟踪.其中针对无人机航向静不稳定问题,设计横侧向增稳控制律与滚转角控制律,保证了滚转角控制品质与无人机航向稳定.     

光电着舰引导系统的视轴稳定

为了提高光电着舰引导系统的视轴跟踪精度和指向精度,研究了如何隔离舰体运动对光电经纬仪视轴的扰动。对舰载光电经纬仪进行建模,引入了各种扰动力矩。设计了超前滞后控制、线性二次高斯恢复（LQG/LTR）控制和H∞控制3种控制器来提高系统的性能和稳定性,详细研究了Kalman滤波和H∞加权矩阵的设计。在Matlab中对设计的控制方法进行仿真,并在摇摆台进行了试验验证。在时域、频域响应和稳定性能等方面对3种控制器进行的对比实验表明,LQG/LTR控制和H∞控制结果满足设计指标要求,稳定隔离度达到50 dB以上。基于提出的方法,经纬仪可以对着舰飞机进行稳定跟踪和精确轨迹测量,实现着舰引导。     

一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机的建模与控制

常规旋翼无人机大都采用共线设计,只能产生竖直方向的推力,极大地限制了旋翼无人机在涉及物理交互任务时的应 用。 针对此问题,研究了一种双倾斜式全驱动六旋翼无人机,采用旋翼转轴非共线的设计方法,可以实现位置与姿态的独立控 制。 提出了一种抑制抖振的改进型积分滑模控制器,并与 PID 控制器、积分反演控制器和传统积分滑模控制器进行对比。 仿真 结果表明,所提出的改进型积分滑模控制器能够实现旋翼无人机位置与姿态的独立控制,并能够有效克服自身模型参数的不确 定性以及外部的风场扰动完成定点悬停与复杂的轨迹跟踪。 实物样机实验结果表明,该设计的全驱动旋翼无人机在长距离横 向运动时能够保持水平姿态, 俯仰角和滚转角误差控制在±2°以内。     

基于六维力传感器的力引导示教研究

示教是学习机器人很重要的环节,其中直接示教相比其他示教方法具有简单、快捷、准确率高等优点,然而目前的大部分机器人都不支持直接示教。提出了一种基于力引导的直接示教方法。首先,通过六维力传感器实时监控、采集力/力矩信号,再将采集到的力信号和力矩信号经由重力补偿算法和重力矩补偿算法处理后发送给上位机;然后根据力-位控制算法求解出工业机器人的移动量和旋转量;最后通过Socket通信将数据发送给工业机器人,完成力引导示教。实验结果表明,该直接示教方法准确、通用性好,具有推广意义,能够在力引导示教完成后再进行示教轨迹还原。     

无人机短距着陆纵向控制策略设计

为解决无人机着陆滑跑短跑道的实际应用问题,设计着陆短距控制策略.以某型有人机改型的无人机为研究对象进行建模分析,设计常规固定翼无人机着陆控制律分析其着陆性能;设计连续襟翼直接力控制下的着陆纵向控制策略,有效地提高了无人机自主着陆的短距性能.通过仿真对比试验可知:该控制策略提高了对象无人机的着陆精度以及低速着陆下的抗风性...     

基于混合滤波的无人机抗干扰轨迹跟踪控制

提出基于混合滤波的无人机抗干扰轨迹跟踪控制方法。构建无人机轨迹跟踪模型，结合采用混合滤波算法消除强耦合性、非线性和外界环境等带来的干扰，提高轨迹跟踪精度。通过串联终端滑模控制器实现无人机的位置控制与姿态控制，实现无人机抗干扰轨迹跟踪控制的目标。实验结果表明，所提方法的无人机抗干扰轨迹跟踪误差小、轨迹控制效果好及抗干扰能力强。     

具有力-位补偿的触感装置控制体系结构

针对为改善系统透明性所遇到的由触感装置的力-位耦合特性所造成的两个主要问题,首先,介绍了双端口网络方法描述触感装置的系统特征;接着,阐述了四通道双向控制体系结构,并讨论在此体系结构下演化出的两种控制方法:位置误差控制和直接力反馈控制;最后,提出了一种模型参考力-位补偿策略,将力-位单元嵌入到直接力反馈控制体系结构中.研究结果表明,该控制体系结构可以实现触感装置的精确位置控制和真实力觉感知.     

基于小型无人机的高精度天线测试方法研究

天线测试对于天线辐射性能的检验至关重要。而当天线的尺寸较大或测试频率较低时,传统的天线测试方法难以满足测试需求。以大型天线测试为研究背景,研究了一种基于小型无人机的天线测试方法,根据测试信道模型获取被测天线的增益方向图。与传统的利用GPS作为无人机的导航信号相比,采用实时差分GPS作为无人机的导航信号,结合几何控制方法精确控制无人机的飞行轨迹,无人机的飞行轨迹偏差小于0. 1 m。对测试方法进行了试验验证,结果表明采用该方法可以较为准确地测量天线的方向图,增益测试误差小于1 d B,具有较高的工程应用价值。     

工业机器人轨迹精度力-位置复合补偿方法

工业机器人关节刚度较低,在外负载干扰下加工精度较低,阻碍机器人在加工系统中的进一步推广和应用。为解决该问题,提出一种力前馈控制-位置反馈控制复合补偿方法,其中力前馈控制可超前补偿由外部负载力引起的位置偏差,位置反馈部分用于补偿机器人内部因素导致的位置偏差。利用六维力传感器和激光跟踪仪构建了轨迹误差在线补偿闭环控制系统,进行轨迹精度在线补偿试验,验证该方法的轨迹误差补偿效果。综合考虑机器人因内部参数和外部环境因素引起的误差,提高机器人的轨迹精度,能够实现机器人的精准控制。试验结果表明,该方法具有较强的鲁棒性,在外负载下依然可保持较高的轨迹跟踪精度,200 N冲击载荷下路径轨迹误差峰值为0.082 mm,稳态误差为0.047 mm,为复杂工况下高精度机器人加工奠定了基础。     

机器人自适应模糊阻抗控制方法

针对机械臂在未知环境或环境参数存在变化的情况下无法有效跟踪目标接触力,提出一种在线调节参考轨迹自适应阻抗控制算法,该方法能够实现精确力控制,并保证机械臂系统的运动稳定。根据力误差信息调整参考轨迹以实现力跟踪。同时引入模糊调整器实时调整控制算法参数,优化机械臂运动性能。以RRR型三自由度机械臂为例对算法进行仿真验证。仿真结果表明,该方法提高了力控制精度与动态响应,其自适应算法有效增强了机械臂在与外界环境接触时对接触环境参数变换的鲁棒性。     

无人机移动自主回收着陆原理及控制方法

针对无人机回收存在着陆点相对固定、被动回收、灵活性及环境适应性较差等问题,提出了一种无人机全自主的地面移动回收原理,主要包括目标定位、动态轨迹跟踪和的主动柔顺承接,实现野外复杂环境下自主化的无人机动态移动回收。首先,针对难以精确获取无人机动态位置的问题,提出了多传感器信息融合定位和伺服转台聚焦跟踪的目标定位方法;其次,为完成对无人机的快速高精度跟踪,提出了基于无人车和Stewart平台的双级跟踪控制策略;最后,为了解决无人机着陆过程冲击大、重心失稳等问题,设计了基于模型预测的平稳性控制算法和基于自适应变阻抗的柔顺控制算法,在实时调整承接面位姿的同时做到了主动柔顺承接。搭建了由目标定位系统、无人车和Stewart平台组成的原理样机,验证了本原理的可行性及控制算法的有效性,该方案和技术已成功运用于某型号固定翼无人机自主回收。     

基于阻抗模型的不确定环境下微纳操作力跟踪控制策略研究

微机电系统在生物医学领域具有巨大的应用潜力，以压电陶瓷为基础设计的压电驱动系统在微纳操作高精度控制领域发挥着重要作用。在各领域的实际应用中，微操系统与环境的交互一直是研究的热门方向。由于微尺度下跟踪力误差相比宏观尺度下更不可忽略，因此微操作臂与环境接触力的精准控制是提高微操作准确度的关键。为此本文提出一种力跟踪阻抗控制策略，能够在操作过程中实现对接触力的精确跟踪。考虑到阻抗模型对环境参数要求较高，本文提出了扩展卡尔曼滤波器对外部环境参数进行在线估计的方法。实验结果表明，所提控制方法能够成功实现微操作臂-环境交互模型的力跟踪控制并且有良好的跟踪精度，力跟踪平均绝对误差为7.82 mN,均方根误差为10.16 mN,因此该方法对不确定性环境下接触力的精确跟踪具有可行性。     

码垛机器人运动学分析与仿真

为了评价码垛机器人的工作能力和实现作业的精确控制,需对码垛机器人进行工作空间计算和轨迹规划。以ABB IRB660码垛机器人为例,建立D-H矩阵并对其工作空间进行仿真;然后对码垛机器人完成特定码垛任务进行轨迹规划。工作空间仿真结果表明,码垛机器人杆件参数和关节参数设计满足工作要求;对拟定的码垛任务轨迹规划结果表明,此轨迹规划达到了考虑速度、加速度等边界条件的前提下运动时间最优的目的,验证了机构设计的合理性。本研究有利于码垛机器人的结构设计和动作控制,并为码垛机器人的精确控制和动力学研究奠定了基础。     

合作机器人轨迹规划及实验研究

为实现合作机器人(Cobot)的虚拟轨迹控制,提出了基于操作力的轨迹规划方法;根据操作力、期望轨迹和Cobot末端当前位置,对Cobot进行了轨迹规划,建立了Cobot的轨迹规划模型,并对Cobot跟踪直线和圆弧轨迹进行了实验研究。结果表明,基于操作力的轨迹规划方法能在人机合作的条件下使Cobot跟踪期望轨迹,且操作力的大小不影响Cobot的运动轨迹,Cobot的运动速度随着操作力的增加而增大,符合人机合作要求。基于操作力的轨迹规划模型可应用于外科手术、物料搬运和零件装配的人机合作机器人中。     

基于力视感知的斜尖柔性针轨迹预测

在临床应用中,精确控制柔性针到达靶点是一个挑战.在穿刺过程中,作用在柔性针上的力会导致组织变形和针偏转,进而造成针尖错位.针和软组织之间的相互作用涉及大量的生物物理特征,而且这些参数不可能通过物理建模或直接估算得出.为解决这一难题,提出一种预测针尖轨迹的方法.对柔性针进行受力分析,建立力学模型;在力学模型的基础上,建立了一种基于BP神经网络的力视感知预测模型,预测穿刺过程中的针尖轨迹.使用三种不同型号的柔性针进行试验,采集数据并对模型进行训练.最后通过试验得到针尖轨迹,与模型预测进行比较.结果 表明,模型预测的针尖在x、y方向的位移与试验结果基本一致,误差在2mm以内,能够较准确地预测穿刺轨迹.     

RPRPR五杆机构精确实现轨迹的研究

基于五杆机构的基本理论和三角形稳定性原理,提出能够精确实现“任意给定轨迹”的RPRPR五杆机构;针对该机构特点,提出“轨迹外接圆”、“运动时间特性”等概念;在此基础上,建立精确实现“任意给定轨迹”五杆机构的优化模型;基于W indows条件下,实现了可视化程序;实例表明机构、概念和方法的正确性。     

基于MatlabGUI的舰载直升机单发着舰系统设计

为了提高舰载直升机飞行员和装备的安全性,针对舰载直升机发生单台发动机失效后着舰问题,采用MatlabGUI平台设计了舰载直升机单发着舰系统。系统中通过输入外界温度、舰空速计算得到稳定着舰临界重量和不稳定着舰临界重量,并给出不稳定着舰时飞行控制图和表格数据。结果表明,该系统能够快速的给飞行控制人员提供有效的参考,满足实际需要。     

低 SNR 场景下微型无人机跟踪-检测融合方法

针对低信噪比(SNR)场景下微型无人机探测难题,本文提出了一种基于序贯蒙特卡罗-检测前跟踪(SMC-TBD)的多输入多输出雷达目标跟踪-检测融合方法。区别于跟踪和检测过程相互独立的传统方法,本文方法直接利用三维傅里叶变换后未经阈值处理的雷达原始数据,通过SMC方法计算目标累积存在概率,在实现微型无人机连续检测的同时,完成目标轨迹的高精度跟踪。本文方法的创新在于通过融合检测和跟踪过程,实现了时间-距离-多普勒-方位域目标能量累积,提高了低SNR场景下微型无人机探测性能。实验结果表明,本文方法在SNR低于-20 dB时,微型无人机跟踪性能才逐渐恶化,相比于雷达量测、扩展卡尔曼滤波和粒子滤波提升了约8 dB。     

无人机喷洒农药控制系统设计

农药喷洒采用无人机技术能减少环境污染、提高喷洒效率。现对无人机的控制量进行重点设计,使无人机能够精确跟踪无线指令,满足现代农业对农药喷洒的需求。     

无人机跟踪过程中的避障问题研究

针对单架无人机跟踪单一目标问题,提出 Lyapunov 矢量场法和速度障碍法相结合的方法,保证 UAV 在执行跟踪任务时的安全。首先,建立无人机运动模型,通过基于 Lyapunov 矢量场法的航向控制使无人机能够收敛到极限环;其次,利用速度障碍法原理判断无人机与障碍物之间是否存在飞行冲突,推导出避障所需的航向控制量;最后,针对障碍物重叠情况,利用几何关系将重叠区域合并,再求解出航向控制量,完成对重叠威胁区域的避障。仿真结果表明,所提算法在单一障碍物和多障碍物的条件下,都能有效地跟踪目标并实现避障。