基于多旋翼无人机的空中移动载物平台

近年来,随着微机电系统技术及自动控制技术的成熟,多旋翼无人机发展迅速,在军用及民用领域展现出了巨大的应用潜力。该文提出了一种基于四旋翼无人机的空中移动载物系统,利用多旋翼无人机、计算机和多个模块的相互协作,实现了一机多用的目的,能够大幅度提高多旋翼无人机的利用率。     

基于滑模观测器的四旋翼无人机全回路解耦控制

针对四旋翼无人机复杂轨迹跟踪控制面临的多通道耦合、强非线性以及多源干扰等问题,考虑四旋翼无人机的位置回路、姿态回路动态跟踪误差和执行机构实现过程,提出了一种全回路轨迹跟踪控制方案。首先,将四旋翼无人机轨迹跟踪控制问题转化为位置回路和姿态回路的指令跟踪问题;其次,将不同通道之间的耦合以及多源干扰影响视作集总干扰,并基于高阶滑模观测器对其进行估计;然后,基于干扰估计信息和动态逆控制算法,分别在位置和姿态回路构造复合动态逆控制器;最后,将位置回路和姿态回路的虚拟控制量转换为旋翼转速。该文控制方案实现了旋翼无人机位置回路和姿态回路不同控制通道之间的解耦,在保证各个通道设计独立的前提下,实现了轨迹的渐近跟踪。针对圆柱螺旋线轨迹跟踪的仿真结果验证了该文解耦控制方案的有效性。     

组合导航系统在四旋翼无人机上的实现

随着现代化科学技术的不断发展,无人机在我国的发展中也逐渐地被应用起来。无论是在军事上,还是在农业上,无人机的应用都能够促进行业的发展。无人机在其应用过程中最重要的就是对其导航系统建设,这样才能通过对其导航系统的控制,保障其安全运行。因此在这种背景下需要加强对无人机系统设计中的导航系统应用。鉴于此,本文在实际研究过程中针对组合导航系统在四旋翼无人机上的实现进行了专门的分析,首先在文中进行了组合导航系统传感器误差分析,其次进行了组合导航系统中的矩阵计算,再次进行了组合导航系统在四旋翼无人机中的应用,最后就组合导航系统在四旋翼无人机上的仿真实现展开了分析。希望在本文的研究帮助下,能够为组合导航系统和四旋翼无人机的应用中提供参考。     

基于集中式控制的多个无人飞行器编队

设计了多个四旋翼无人机在静态环境中编队的控制系统,控制架构采用集中式节点控制.该系统在开源机器人操作系统上实现,每个飞行器会接收到自身的准确坐标,并设置虚拟点控制每个无人机和虚拟点保持稳定的相对位置,从而使无人机集群编队移动.同时,系统结合无人机的激光传感器开发避障功能.最后,计算机仿真结果证明了集中式的节点控制可以稳定、快速实现多个四旋翼无人机的编队控制.     

基于ARM处理器的四旋翼无人机自主控制系统研究

为实现四旋翼无人机的自主飞行控制,设计并搭建了四旋翼无人机的硬件飞行控制平台.该平台采用自行组装的四旋翼飞行器作为本体,航向姿态参考系统(AHRS)MTi-G单元作为主要机载传感器,ARM嵌入式系统芯片作为主控制器,AVR单片机作为超控单元.基于四旋翼无人机的非线性动态模型,采用内外环结构的PD控制算法,构造了无人机的位置与姿态跟踪控制器.实现了四旋翼无人机滚转角、俯仰角和水平纵向、横向位置共四个自由度的自动控制.实验结果表明,本文提出的机载控制系统设计取得了较好的飞行控制效果.     

海军倾转旋翼无人机技术和发展优势综述

倾转旋翼无人机是一种介于无人直升机和固定翼无人机的新型无人机。它一方面具有垂直起降能力;另一方面还可以作高速巡航飞行,是未来无人机发展的趋势之一。简要地介绍了＂鹰眼＂无人机的发展历程和技术特点,综合分析了倾转旋翼无人机的关键技术。在此基础上,对海军倾转旋翼无人机的发展优势和应用前景进行了展望。     

八旋翼消防预警无人机设计与实现

针对大面积森林山地和城市高楼消防救援困难、消防预警和救援不及时最终造成巨大损失的问题,提出了基于八旋翼无人机的快速消防预警方案。分别设计实现了八旋翼消防预警无人机机体和灭火投弹机构。经过验证,八旋翼消防预警无人机可以实现对山林火灾的实时监控预警和应急灭火,及时的控制火势。多功能的支援能力使得在海岸湖泊、森林山区的救援变得及时准确。     

基于hp自适应伪谱法的四旋翼无人机编队轨迹优化

四旋翼无人机编队轨迹优化是实现高精度跟踪控制的基础。本文研究四旋翼无人机编队轨迹优化问题,首先建立非线性四旋翼无人机模型,并对模型进行简化与参数获取;再考虑四旋翼无人机编队之间的避撞约束、状态量约束及控制输入量约束;最后采用可自适应选点的hp自适应伪谱法将最优控制问题转化为非线性规划问题进行求解。仿真结果表明,hp自适应伪谱法可以对于求解6架四旋翼无人机编队的轨迹优化问题具有良好的效果,能够满足工程实际的约束要求。     

四旋翼无人机自抗扰飞行控制器研究

为了提高飞行过程的抗扰动能力,针对四旋翼无人机自抗扰飞行控制器设计,分析自抗扰控制基本原理及其参数调节规律,在此基础上,改写四旋翼无人机动力学模型,引入虚拟控制量对位置和姿态进行控制解耦,应用扩张状态观测器实现状态解耦和扰动估计。最终得到四旋翼无人机双闭环自抗扰飞行控制器,实现对其位置和姿态的闭环控制。仿真实验结果表明,所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和鲁棒性能,可以实现对四旋翼无人机的飞行控制。     

无人机倾斜摄影建模技术对比研究

为了比较多旋翼和固定翼无人机在倾斜摄影建模技术中的优越性,文中以城区作为研究对象,在Smart3D的Context Capture软件平台进行建模,对比分析多旋翼和固定翼无人机在倾斜建模中的特点,得出固定翼无人机数据采集耗时短,倾斜模型色调一致,建模分辨率和平整度效果较好,主要适用于大面积倾斜摄影数据采集;多旋翼无人机航拍过程耗时长,倾斜模型色调饱和整体有差异,建模过程中修模工作较多,更适合于小面积高精度倾斜摄影数据采集。同时多旋翼无人机可用于对固定翼无人机漏飞区域进行补飞。     

基于附加惯性项人群搜索算法的四旋翼无人机姿态控制研究

针对非线性自抗扰控制的控制参数多且不能自整定的缺陷,为进一步提高控制的有效性和精度,在结合四旋翼无人机自身特性的基础上,本文提出一种附加惯性项人群搜索算法与自抗扰控制结合的姿态控制算法。对搜索步长和方向的惯性系数的选取方法进行修改,来实现四旋翼无人机在受干扰情况下飞行过程的姿态控制。仿真结果分析表明:与人群搜索算法优化自抗扰控制和自抗扰控制相比,该方法提高了控制系统的动态响应、抗扰性和鲁棒性,从而对于提高四旋翼无人机的姿态控制具有良好的参考价值。     

电动多旋翼无人机转向能耗测试系统设计与试验

本文针对电动多旋翼无人机的能耗测试,设计了一种基于单片机的无人机转向能耗测试系统。该测试系统主要由角速度传感器,功率测量模块,无线通讯模块以及单片机等部分组成,并基于LabVIEW软件设计了上位机程序,以实现对测试过程数据的实时显示和保存。对系统进行试验表明：系统数据采集频率为100 Hz,电压测量精度为99.93 %,电流测量精度为99.87 %,转向角度测量精度为98.10 %,可见该系统测量精度较高,能满足电动多旋翼无人机转向能耗的测试及相关数据的获取。     

基于八旋翼无人机快速制作城市景观图的探讨

轻小型无人机具有成本低、操作简捷、机动灵活、获取影像分辨率高及现势性强等诸多优点,现已在多个领域广泛应用。本文以配发的八旋翼轻小型无人机为例,简要介绍了其航摄系统的构成,性能特点和作业流程,分析了轻小型无人机存在的主要问题。基于该型无人机获取了兰州市部分"兴趣点"的高分辨率影像,对快速制作景观图进行了试验和探讨。     

倾转翼无人机返航过渡段气动分析与优化

倾转翼无人机是兼有固定翼飞机和直升机优点的一种新型旋翼无人飞行器,但其过渡段的气动特性存在非线性、强耦合的特点。基于动量源方法建立了倾转翼无人机返航过渡段的数值模拟方法,经单独旋翼和Georgia-Tech模型算例验证动量源方法的准确性后,结合滑移网格技术模拟倾转翼无人机返航段并进行气动分析,通过调整旋翼转速、倾转角速度,使其定高倾转完成的时间从9.20s缩短为4.46s,在此基础上通过MATLAB不同函数拟合曲线编写入动量源,对比得到返航段走廊曲线。计算结果表明利用拟合曲线可以使其更平稳地定高倾转,使倾转翼无人机的返航过渡段受力曲线更加光滑,该方法得到的结果为控制倾转翼无人机返航过渡段的稳定性提供了理论依据。     

一种小型旋翼无人机平台的设计及飞行验证

研究了具有航拍和图像识别功能的旋翼无人机平台设计及工程实现方法。从直升机总体设计的理论出发,介绍了该旋翼无人机平台的设计及试飞验证过程。提出了总体方案及总体布局。在现有模型直升机的基础上,进行了旋翼与整机的匹配、球形云台的设计、动力系统的选择,及各种传感器的集成等方面的设计,并最终经过外场试飞实验验证设计的可行性。为进一步研究小型无人直升机提供了参考。     

基于多模型的无人机故障诊断与容错控制方法

针对四旋翼无人机执行器易发生恒增益、恒偏差等常见故障问题,提出了一种基于多模型的四旋翼无人机故障诊断与容错控制策略。首先,建立了具有几类执行器故障的四旋翼无人机系统模型,并在此基础上建立了包含正常与各类故障的模型集合库;其次,根据分段的系统性能容忍度指标对系统进行故障检测,并大致判断出故障类型;最后,结合统一的模型失配度指标进行模型匹配,进而调用相应的控制律。仿真结果表明,文中具有分段系统性能容忍度的多模型主动容错策略,能迅速可靠地检测到执行器的各类故障,并及时进行容错控制,有效地提高了四旋翼无人机系统的安全可靠性能。     

四旋翼无人机单目视觉自主着陆系统研究

以基于计算机视觉技术实现四旋翼无人机自主着陆为目标,采用Pixhawk开源飞控和mavros技术,设计黑白相间的正方形分级嵌套地标,然后通过单目摄像头采集图像数据输入机载图像处理上位机NVIDIA TX2中进行图像处理,并结合OpenCV函数库功能完成地标检测识别,最终实现四旋翼无人机位姿解算与自主着陆.     

基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统

针对四旋翼无人机跟拍过程中视角固定,易丢失目标的问题,设计了一种基于云台相机的四旋翼无人机跟踪控制系统。首先,使用云台相机对地面移动目标进行拍摄,通过对目标的颜色特征和形状特征进行检测识别,使用核相关滤波( KCF: Kernel Correlation Filter) 方法进行视觉跟踪,得到地面移动目标在图像坐标系的位置。然后,通过建立针孔模型,解算出在云台相机带有俯仰角时的无人机与地面目标的相对位置关系。最后,设计了离散串级比例-积分-微分( PID: Proportion-Integral-Differential) 踪控制器,实现对无人机的位移控制,使四旋翼无人机可对地面移动目标进行稳定跟踪。同时设计了串级比例-微分( PD: Proportion-Differential) 控制器以实现云台相机的视角跟踪,增大了无人机的跟踪范围,降低了丢失目标的风险。实验结果表明,所设计的四旋翼无人机跟踪控制系统可实现对地面移动目标的稳定跟踪。     

基于视觉的多旋翼无人机定位与地图构建

 在缺乏GPS 等定位方式的未知环境中,采用视觉的方法对多旋翼无人机定位导航与地图构建逐渐成为该领域研究的热点,本文针对无人机的视觉定位与地图构建技术方法进行综述。首先,分析了两种自主飞行控制方式的优缺点,指出设计的要求和难点;其次,研究无人机定位与地图构建的不同视觉方法,对几种方法特点进行分析并总结研究现状;最后,讨论多旋翼无人机视觉控制的发展趋势。     

四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制半物理仿真系统

针对四旋翼无人机强耦合、欠驱动、非线性等特点,以及在实际飞行过程中极易受到干扰的问题,对四旋翼无人机动力学模型进行分析,提出了一种基于联合的四旋翼无人机姿态控制算法,并在此基础上设计了四旋翼无人机半物理仿真系统。首先,针对非线性系统设计滑模控制器,选择跟踪航迹和翻滚角设计位置控制率和姿态控制率。其次,滑模控制器在实际应用中易产生震荡,利用基于信用积分的小脑模型神经网络(CPCMAC)来学习滑模控制的方式。最后,搭建基于LabVIEW的控制站,同Matlab/Simulink进行数据收发控制。仿真结果表明,在跟踪目标相同时,提出的四旋翼无人机滑模-CPCMAC联合控制相比于传统的比例积分微分(PID)控制和积分反步法控制优势明显,能够抑制超调和余差,在快速性和鲁棒性方面都更加优越。同时,构建的四旋翼无人机半物理仿真平台能清晰反馈出无人机参数的变化,应用预留的参数接口和地面控制站,降低了无人机飞控算法的开发难度,提高了开发效率,具有明显的实用价值。