飞翼飞机嵌入式大气数据系统算法研究

为适应新型作战飞行器平台高隐身、高超声速、高机动性等方面的需求,嵌入式大气测量技术不断发展。分析对比类球头集中式和飞翼飞机分布式两大类嵌入式大气数据传感（FADS）系统的研究情况及差异性。针对高隐身的飞翼布局飞机,以类X-47B飞机气动外形为研究对象,参考其测压点选位布局,开展了FADS算法模型的研究,提出一种适合工程应用的飞翼布局飞机FADS算法模型。算法采用最小二乘法拟合流场样本数据,通过迭代计算解耦各大气参数。仿真验证表明：该算法具有较高的解算精度,且迭代计算稳定收敛。     

一种安装在飞行器机翼前缘的FADS系统方案研究

大多数大气数据传感(FADS)系统都是采用安装在飞行器头部表面的压力传感器阵列来感受大气压力分布,为了避免FADS系统对航电系统和火控雷达系统的影响,给出了一种安装在飞行器机翼前缘的FADS系统方案,推导了其空气动力学模型,给出了上洗角的修正公式,通过风洞测试曲线和理论曲线的比较可以看出:W-FADS系统在小迎角范围内精度较好,对测量大气数据是可行的。     

自抗扰实现飞翼布局无人机全包线飞行控制

本文以大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)理论设计了包含内环姿态控制和外环轨迹控制的全包线飞行控制器.在姿态控制中,提出一种抗时滞LADRC控制方法,可以有效解决控制延迟和执行机构动态特性引起的LADRC响应振荡;在轨迹控制中,考虑飞翼布局无人机的气动特性,分别设计了高度、航向、侧向偏离等常用飞行模态的跟踪控制器.仿真结果表明,在气动参数存在不确定性及强风干扰的全包线环境中连续飞行时,所设计的控制器具有较好的控制性能和较强的鲁棒特性.与常规全包线控制方案相比,本文设计的全包线飞行控制器待整定参数较少,参数整定过程相对简单,为进一步的工程应用提供了参考.     

无尾飞翼式无人机飞行控制特性研究

依据高空长航时无尾飞翼式无人机的主要特点来分析飞机本体静稳定性以及高空巡航状态飞行时的动稳定性和操纵特性。用经典飞行动力学理论详细研究了无人机在16000m高空巡航状态的自然稳定性,并利用Matlab simulink对滚转-俯仰-偏航耦合运动的仿真来分析无尾飞翼式布局在纵、横航向上的耦合特性。基于以上的分析,采用主动控制技术设计纵向和横航向的控制律,阐述了无人机纵向定高爬升和横航向方位角控制时的操纵特性;并进行仿真分析,得到满意的结果,验证了采用主动控制技术可明显改善各项飞行品质要求。     

飞翼飞行器嵌入式大气数据传感系统算法研究

介绍了嵌入式大气数据传感(FADS)系统的测压孔布局和压力模型;分析了超定线性方程组的解法,并用广义逆矩阵A+计算其最小二乘解;建立了形压系数ε与马赫数M∞、迎角α和侧滑角β的确切的函数模型;提出了故障点的处理方法;并用神经网络实现对动压、静压的求解。计算结果表明:飞翼飞行器的FADS系统的算法能够满足设计要求。     

飞翼式UCAV着陆段纵向飞行控制律研究

针对飞翼式无人机着陆段的控制要求,需要精心设计纵向内回路控制律及着陆轨迹曲线,从而实现着陆轨迹的精确跟踪;采用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了纵向姿态回路控制律,在设计过程中结合了线性二次型原理,并实现了区域极点配置、控制量约束等多目标控制;在此基础上,设计了着陆轨迹曲线并进行了非线性仿真试验;仿真结果表明,飞机着陆段性能达到了设计要求,并且优于常规的PID控制,从而验证了设计方案的可行性.     

基于FFD技术的飞翼布局无人机翼型优化研究北大核心

飞翼布局无人机气动布局特点要求对选用的翼型进一步优化以满足其性能要求,针对飞翼布局无人机翼型性能需求,结合FFD参数化方法,CFD流场求解以及NSGA-II多目标优化算法,建立了飞翼布局无人机高亚音速状态下翼型优化设计流程,实现了翼型巡航状态下阻力最小和俯仰力矩最小的优化目标,并对优化设计结果进行了分析,结果表明文中建立的优化设计方法可广泛应用于工程实践中,基于初次优化后的Pareto解进行二次优化能明显提升优化效果。     

一种嵌入式计算平台的Sigmoid函数优化方法

Sigmoid函数作为人工神经网络常用的激活函数,属于超越函数.传统的计算方法复杂度高、资源消耗大,在嵌入式平台上计算效率较低,针对此问题,本文提出一种新的优化方法——分段极限近似法.首先根据Sigmoid函数在中间变化快、两端变化缓慢的特点,将其分为常数区和非线性拟合区;其次,根据第2个重要极限公式将Sigmoid函...     

一种BP网校正算法的方位保持平台温控系统研究

为实现方位保持平台高精度快速反应的要求,针对方位保持平台的工作特点,提出了采用BP神经网络控制算法的三级温度控制策略。试验结果表明该温控系统及算法可有效缩短方位保持平台的反应时间,提高方位保持平台的保持精度,是一种实用而有效的温度控制方法。     

FADS压力传感器冗余配置研究

嵌入式大气数据传感器系统通过在飞行器各部位的压力传感器阵进行工作,压力传感器的数量,布局形式将对系统的工作性能产生影响.为衡量冗余配置的性能,提出两项性能指标:可靠件,噪声抑制性能,并分别给出性能指标的具体计算方法.根据现有典型的压力传感器布局类型,分别计算出不同压力传感器数量、不同布局形式的性能指标.通过对性能指标的分析得出结论:可靠性,噪声抑制性能随压力传感器数量增加而增加;放射型布局的噪声抑制性能最优.     

嵌入式大气数据传感系统的求解算法研究

嵌入式大气数据传感系统是一种依靠嵌入在飞行器前端的压力传感器阵列来测量飞行器表面的压力分布,并由此压力分布通过求解非线性方程组间接获得飞行参数的先进飞行数据传感系统;介绍了嵌入式大气数据传感系统及其主要的求解算法,主要包括加权最小二乘法、三点法和神经网络方法,针对每种算法分别给出了其迎角、侧滑角和动压、静压的求解公式,最后对3种算法进行了比较,结果表明神经网络方法相对与其他两种方法来说是比较理想的FADS系统的求解算法。     

广义逆在嵌入式大气数据传感系统中的应用

应用广义逆矩阵对嵌入式大气数据传感系统中的算法进行简化,提出了以Moore-Penrose广义逆矩阵为基础的动压、静压和修正参数的改进算法,并对其进行了收敛性分析,最后,应用M atlab软件进行了数字计算验证。计算结果表明:改进算法具有确定的收敛性,由于避免了迭代过程中求解逆矩阵,达到同样的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的70%,改进算法可以满足系统的精度、可靠性和实时性要求。     

嵌入式大气数据系统Kriging算法模型

基于Kriging算法提出了一种嵌入式大气数据系统的计算模型.该模型以测压点压强为输入,攻角、偏航角和Ma等大气参数为输出.采用Kriging插值方法,建立了输入与输出间的映射关系,从而避免了迭代类方法反复迭代的过程,实现了高实时性.分别比较了取三、四和五个测压点时,以及取不同位置处测压点时,计算大气数据的精度.通过与神经网络模型比较,Kriging模型的精度明显优于神经网络模型.     

飞翼布局无人作战飞机自动着陆控制系统设计

飞翼飞机是一种先进的飞行结构.但由于气动外形的特殊,无垂直尾翼的飞翼飞机在着陆阶段,极易受到侧风的干扰,而使其偏离航线;根据飞翼飞机的气动参数,建立了飞翼飞机的非线性数学模型,设计了飞翼无人机的着陆轨迹和控制方案;针对飞翼飞机的特性,采用不同于常规飞机的控制律,设计了抗侧风自动着陆控制系统;设计的控制系统经过非线性仿真试验,结果显示,飞机抗侧风着陆性能达到了设计要求,从而验证了设计方案的可行性.     

基于特征结构配置的飞翼无人机纵向控制律设计与试飞验证

针对飞翼无人机的纵向、横侧向静稳定性较差,飞机纵向短周期模态稳定性不足等问题,以某小型飞翼无人机为对象,研究了特征结构配置方法,并提出了基于特征结构配置方法的前向增益型、误差积分型控制律设计方案;利用线性模型设计了该飞机的纵向控制律,通过非线性仿真分析、飞翼无人机的试飞验证了该控制方案的可行性与有效性;仿真及试飞结果表明:采用特征结构配置方法设计的飞行控制系统具有较好的控制效果,改善了飞翼飞机的飞行品质.     

改进LQR技术的飞翼式无人机控制算法研究

针对飞翼式布局无人机存在纵向操稳性能差和易受阵风干扰问题,采用一种指令跟踪增广LQR方法设计了飞翼式无人机纵向姿态控制律,该方法将系统的输出误差和外界恒值阵风干扰信号引入到性能指标函数中,使设计出来的控制器不仅能保证飞行姿态的无静差跟踪,而且能有效抑制外界的阵风干扰。考虑到系统的迎角变量不易检测,结合降维观测器得到了一种准指令跟踪增广LQR方法,该方法不仅具有良好的鲁棒性和跟踪性,而且便于工程实现。最后利用获得的控制律对ICE飞翼式无人机进行仿真实验和对比分析,结果表明,采用改进后的LQR方法设计的控制器不仅改善了飞翼式无人机纵向模态的飞行品质,同时与输出反馈线性二次型跟踪方法和LQG/LTR方法相比,具有更好的控制性能。     

展向上反角分布对飞翼布局横航向稳定性影响

横航向稳定性是影响飞翼布局飞机飞行品质的主要因素。通过添加展向三个翼段的上反角,拓展了传统无尾飞翼布局横航向稳定性设计的空间,并基于一套横航向稳定性参数高效求解工具,实现了稳定性分析的自动求解流程。通过在整个设计空间中的稳定性参数求解,参考有人驾驶飞机飞行品质规范MIL-F-8785C,获得了符合二级飞行品质的设计点,证明了无尾飞翼布局飞机在大范围的设计空间中存在着满足横航向稳定性品质的设计方案。