基于开源软件的无人机飞行仿真

飞行控制算法设计和仿真是无人机研制的关键步骤。为了缩短无人机飞行控制算法设计周期和试验成本,本文对无人机纵向和侧向控制算法进行了设计,并基于开源软件开发了固定翼无人机可视化的飞行仿真系统,对飞行控制算法进行仿真实验。仿真结果显示,飞行仿真系统实时且直观,通过对飞行仿真试验数据的综合分析,验证了飞行控制算法的有效性,该飞行仿真系统可广泛应用于无人机飞行控制算法的仿真验证。     

无尾飞翼式高空长航时无人机纵向控制律设计研究

以某无尾飞翼式高空长航时无人机为研究对象,分析了自然飞机在高空巡航状态时的纵向稳定性,介绍并改进了传统的无人机巡航状态纵向控制律设计方法。通过在Matlab/Simulink中建立仿真模型,对两种方法进行对比分析。分析结果表明,由于无人机飞控系统的自动驾驶仪是始终在环的,不必像传统方法一样考虑带有增稳的控制系统的稳定性。因此,改进的设计方法更适合于无尾飞翼式高空长航时无人机巡航状态的纵向飞行控制系统的设计。     

侦察/打击一体化无人机对地攻击控制系统设计

自动攻击系统是侦察/打击一体化无人机控制体系的一个关键技术。基于空地导弹模式,设计了无人机自动攻击系统的结构配置,和传统的耦合器结构形式不同,该配置结构直接将火控系统和飞控系统联系起来,简化了综合控制系统的结构。仿真结果表明,用该系统实行无人机对地自动攻击可获得良好的性能。     

某无人机撞网回收系统动力学仿真

以某无人机撞网回收系统为例,基于LS-DYNA软件,提出了柔性带、阻尼器等关键部件的建模方法,建立了系统有限元仿真模型,进行了不同入网位置的动力学仿真计算,并用试验验证了仿真模型的准确性.仿真和试验结果表明:本文建立的无人机撞网回收系统模型具有较好的工程适用性,提出的动力学建模仿真方法具有一定的通用性.     

无人机飞行控制软件系统设计

无人机飞控主要是用来实现无人机的飞行高度、速度、姿态等参数的控制。无人机飞控要配合远程遥控器的操作,以保证飞行安全性和可靠性。飞控中的飞行控制策略决定飞控系统的品质。飞控所选用的芯片通过脉宽调制波PWM来实现对电机和舵机的控制,因为PWM波控制方案适用于多种扭矩电机和高精度控制。飞控所选用的芯片与系统传感器集成为一体,组成一个硬件系统,编写程序控制无人机飞行。     

基于鸽群层级交互的有人/无人机集群一致性控制

有人/无人机共融集群中的有人机可弥补无人机在复杂环境中能力的不足.利用鸽群层级交互机制能够高效传递信息的特点,提出一种有人/无人机集群一致性控制方法.根据动力学约束与人类行为特点,建立无人机动力学模型和多通道的有人机操作员模型.在此基础上,通过鸽群层级交互机制构建集群系统的层级交互网络:有人机对等级较高的无人机发送指令,并通过层级网络影响整个无人机群体.设计可节约资源的自适应牵制控制策略,实现有人/无人机集群运动状态的一致性.此外,对系统稳定性进行简要分析.仿真结果验证了方法的有效性.     

基于全阶观测器的无人机系统抗干扰控制

为探讨无人机系统抗干扰控制问题,利用T-S模糊模型描述非线性干扰,并设计全阶观测器分别观测外部干扰和无人机系统的状态,通过设计反馈控制器,实现了对干扰的有效估计和抑制,基于Lyapunov分析方法的无人机系统具有良好的稳定性和鲁棒性.仿真试验验证了算法的可行性与有效性.     

大包线飞控系统的鲁棒稳定性分析及鲁棒镇定控制

采用摄动参数多项式加范数有界摄动形式描述大包线飞控系统,既考虑了飞控系统的时变特征,又考虑了拟合误差带来的不确定性.基于二次稳定的概念和方法,研究了大包线飞控系统的鲁棒稳定性分析和鲁棒控制综合问题.运用线性矩阵不等式(LMI)的处理方法,给出了系统二次稳定性判据,以及状态反馈控制律的设计方法.同时,基于凸优化,得到了估计系统保持鲁棒稳定所允许的参数最大摄动范围的方法,建立了系统运行参数与系统性能之间的联系.通过对飞控系统的实例仿真,验证了该方法的可行性.     

多路复用光传飞控系统半物理仿真研究

该文结合飞控系统信号特点 ,研究光传操纵系统时分复用及波分复用多路传输技术 ,并以舰载飞机着舰导引系统的地面半物理仿真为背景 ,进行光传飞控系统半物理仿真验证 ,并与电传系统比较。仿真结果表明 ,开发研制的多路复用光传系统均具有良好性能     

基于C8051F040单片机的无人机飞控系统软件模块化设计

针对某型无人机的飞控系统,在飞控机硬件设计基础上设计了机载飞控软件。由于硬件设计充分考虑了自检功能,故采用软件判别,能判定飞控机及部分电路是否正常工作。例如,舵机控制电路输出的电压信号,都由A/D采集下来,通过进行比较判别,就可知道该电路是否有故障。     

面向固定翼无人机的视觉导引仿真系统设计与实现

针对无人机自主着陆视觉导引相关算法研究和验证困难的问题,提出了一种基于Flightgear和Matlab的多机组网联合仿真技术,设计并建立了固定翼无人机自主着陆视觉导引仿真系统.系统中Flightgear渲染的摄像头视角图像数据通过HDMI视频接口实时传递到Matlab中;摄像头的内参数可通过虚拟棋盘格标定得出.利用该系统进行了基于合作目标的无人机视觉导引着陆闭环仿真实验,证明该系统能够验证无人机视觉着陆方法、算法的正确性及可行性.     

基于神经元PID控制的无人机DSP飞控系统设计

航空科学技术的进步和应用领域的扩展不断推进着无人机飞控系统向着高精度、低功耗和小型化方向发展。针对小型无人机飞控系统在功耗、成本、可靠性以及集成度等方面的较高要求,设计了一种基于Freescale M56F807型DSP和神经元PID控制策略的飞控系统,详细阐述了系统的设计思想以及硬件、软件基本结构和控制策略。采用了时域信号的取样积累平均方法,减少了算法的实现难度,提高了采样精度。对硬件设计中的关键技术进行了研究和探讨,所设计的系统具有设计精炼,可靠性高,开放性好等优点,取得了较好的实验效果。基于DSP的现代高速数字处理飞控系统,能够赋予无人机更大的机动性、更高的灵活性和更广泛的适用性。     

一种基于BP神经网络的四轴飞行器飞控优化方法

针对四轴飞行器串级PID控制器参数整定繁琐的问题,提出在串级PID控制器中加入BP神经网络的优化方法。利用Simulimk对加入BP神经网络前后的飞控系统进行仿真。结果表明,加入神经网络后飞控系统在超调量、响应时间和稳定性等方面都有了明显的提高。     

基于扰动观测器的时变负载四旋翼无人机自适应有限时间控制

针对具有未知外部扰动和阻力系数的时变负载四旋翼无人机系统,提出了一种复合有限时间控制策略。首先,通过牛顿-欧拉方法建立了完整的四旋翼无人机数学模型。位置环采用自适应参数校正方法对负载进行估计,并与反步递推控制相结合,在阻力系数未知情况下设计了自适应轨迹跟踪控制器。其次,采用基于扰动观测器的有限时间滑模控制器,并利用Lyapunov稳定性理论进行无人机系统位置环和姿态环渐近稳定和有限时间稳定性验证。最后,通过数值仿真进行验证。结果表明,所提控制器提高了系统的收敛速度,减少了外界扰动对系统的影响。研究方法克服了已有研究要求阻力系数和负载已知的局限性,提高了系统的抗干扰能力,对于增强四旋翼无人机的实际应用性具有一定的参考价值。     

一种小型无人机的机载计算机软件系统设计

针对某小型无人机的飞行任务要求,设计并实现了该无人机机载计算机软件系统.通过对该无人机航电系统结构特点进行分析,提出了软件系统结构的层次化设计方法,并利用模块化设计思想对软件系统进行任务划分.按照ORB机制设计了系统进程间的通信方式,采用状态机设计方法实现了系统的应急策略.所设计的机载计算机软件系统结构优良,层次清晰,具有高度可扩展性和可继承性.半物理仿真试验和外场试验结果表明,该机载计算机软件系统功能正常,运行稳定.     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型;并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率。采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究。选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明:第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近;第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应。说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

基于分布式协同控制的警用无人机群目标追踪控制

以暴力突发事件中警用无人机追踪、包围、逮捕逃跑犯罪人员为研究背景,开展了多个非完整型无人机协同目标追踪控制研究。系统的控制目标是多个无人机以期望的相对半径、角间距对逃跑犯罪人员进行追踪。利用反演法,设计了全局坐标系下的分布式控制策略,最终实现了无人机群的期望运动,并利用李雅普诺夫工具进行了系统稳定性和收敛性分析。并利用仿真实验,验证了所提控制算法的有效性。     

Z字形飞机建模与半实物仿真研究

为了提高无人机飞行品质,研究无人机控制的半实物仿真应用,形成一套通用的无人机飞行控制律设计与半实物仿真方法,针对气动特性较为复杂的Z字形飞机进行了研究。Z字形飞机机翼可向机身方向折叠,便于存放和运输。根据Z字形飞机外形参数,求得气动数据,并在此基础上利用小扰动线性化原理建立纵向线性模型,通过加入干扰脉冲方式研究模型纵向静稳定性,选取各环节传递函数,建立俯仰控制回路,调整PID参数,设计纵向控制律,分别使用Simulink和半实物仿真器进行仿真。仿真结果表明,无人机具有较好的静稳定性,PID控制参数选择合理,系统超调量较小,调节时间较短,可以提升无人机飞行品质,半实物仿真可以更真实、直观地反映无人机姿态,所用建模与仿真方法可应用到其他固定翼无人机,具有一定的通用性。     

纵轴式掘进机截割系统模态仿真及试验研究

为了研究纵轴式掘进机截割系统动态响应特性,基于Pro/E和ADAMS联合建立了截割系统振动分析动力学模型,并通过施加简谐激励对截割系统进行受迫振动特性分析,得到3处响应敏感的共振频率;采用锤击法对掘进机截割系统施加激振力,进行试验模态研究,选取复模态单自由度拟合法进行数据拟合,得到截割系统在竖直方向上的前5阶试验模态参数。研究结果表明：第1阶、第2阶试验模态固有频率分别与20 Hz、120 Hz仿真共振频率相近,第3阶、第4阶和第5阶试验模态固有频率则没有相近的仿真共振频率与其对应,这说明采用简谐激励进行振动仿真并不能完全激励出截割系统的共振响应频率,而采用试验模态分析法,在验证仿真分析结果的同时,还可获得更为完整的截割系统模态参数。     

准双曲面齿轮超声激励研齿系统的设计与试验

准双曲面齿轮采用超声激励研齿加工方法可以弥补普通研齿方法的不足,本文对超声激励研齿系统进行了设计,采用有限元的方法对所设计的研齿系统进行了模态分析和谐响应分析,根据理论设计和有限元仿真结果,制作了准双曲面超声激励系统,并进行了测试。最后进行了超声研齿试验,结果表明:研齿后轮副的振动减弱,噪声和振动能量明显降低,验证了超声激励研齿的效果。