基于Simulink的无人机空中地面一体化建模方法研究

为了解决无人机起降阶段滑跑建模问题,提出了基于Simulink的无人机空中地面一体化建模框架和方法。通过气动作用力和地面作用力在力和力矩这一级的综合,实现了无人机六自由度空中、地面建模仿真的无缝衔接;利用Simulink模型线性化技术,得到滑跑线性化模型;还研究了停机状态的建模问题,实现了无人机空中飞行、地面滑跑、停机的全过程仿真。最终,基于某电动无人机给出仿真试验结果说明了该建模方法的有效性。     

无人机四轮滑跑纠偏控制系统设计与仿真

分析某无人机四轮地面滑跑的运动特性,建立了四轮滑跑阶段的全量非线性模型,并进行仿真分析,仿真表明该模型能够准确的反映该无人机实际运动特性.完成了四轮滑跑纠偏控制系统/控制律设计和仿真分析,仿真结果表明该控制系统能够满足控制精度要求.     

飞翼无人机着陆滑跑建模和控制仿真研究

根据无人机在三轮着地滑行时的运动特性,建立了这一阶段的全量非线性模型,并在MATLAB/SIMULINK仿真环境下设计了该模型的仿真系统,加入了防滑刹车控制系统模型,使仿真更接近实际情况。提出了飞翼无人机基于阻力方向舵的滑跑控制方案,针对某飞翼无人机的着陆滑跑控制仿真结果表明,所设计的仿真模型可用;主轮刹车与阻力方向舵协调操纵进行滑跑控制的方法响应平滑,性能良好。     

基于大脑情感学习的推力矢量无人机姿态控制

建立了与普通无人机相区别的带推力矢量的无人机数学模型,并提出了一种基于大脑情感学习(brain emotion learning, BEL)的推力矢量无人机姿态控制方法。首先设计了气动控制器和近似推力矢量控制器,然后设计了基于BEL算法的推力矢量控制补偿器。对无人机全量模型进行非线性数值仿真,结果验证了所建立的数学模型的正确性、推力矢量技术在无人机姿态控制上的特定优势以及BEL智能方法的自学习、自适应能力。     

反辐射无人机末制导精度仿真研究

利用仿真技术分析了反辐射无人机末制导系统的制导精度。在建立反辐射无人机末制导系统数学模型的基础上，根据反辐射无人机的作战环境和特点，分析了影响末制导精度的因素，在SIMULINK仿真环境下，建立了反辐射无人机末制导精度分析仿真系统，并进行了大量的仿真研究。根据给出的仿真的结果，深入分析了影响末制导精度的因素，提出了反辐射无人机末制导系统改进的方向。     

高空空投AUV全弹道建模与仿真

高空空投AUV(Autonomous Underwater Vehicles——自主水下航行器)技术是一种集高空滑翔与水下自主航行于一体的综合研究,对其全弹道进行的建模与仿真是其概念设计阶段的重要内容,同时也是其设计的理论基础.根据高空空投AUV在运动过程中的主导因素不同,将其全弹道进划分为了六介阶段.在分析高空空投AUV各个阶段的结构、受力与环境等主要特点的基础上对其全弹道中的滑翔阶段,减速阶段和水下阶段三个稳态阶段,分别建立了相应的弹道仿真数学模型,并对各阶段数学模型特点进行了对比与分析.依据所建立的数学模型与SIMULINK模块化建模仿真理念搭建了高空空投AUV全弹道仿真平台系统.使用全弹道仿真平台对高空空投AUV的滑翔、减速和水下三个稳态阶段分别进行了仿真,并通过AUV水下阶段仿真结果与文献结果对比验证了数学模型与仿真平台的正确性.仿真结果表明,所建立的数学模型与仿真系统能快速准确的仿真出AUV各稳态阶段的运动弹道、速度与姿态变等动态特点.     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

基于多模自适应滤波的无人机控制系统故障诊断

建立了无人机控制系统传感器和执行器的全局故障和局部故障的模型，在此基础上应用多重模型自适应卡尔曼滤波方法对其传感器和执行器的各种软硬故障进行诊断，应用所建立的数学模型与方法，对无人机的三个传感器和两个执行器的局部与全局故障进行了仿真计算。在仿真过程中发现，此方法的诊断准确度高，无延迟报警，算法简单，仿真结果验证了该种方法的有效性。     

基于DirectX的无人机实时飞行仿真系统开发

建立无人机实时飞行仿真系统对于无人机的设计研究具有重要的意义。介绍了一种低成本的基于DirectX技术的无人机实时飞行仿真系统，对建模与仿真、Directx、数据库、面向对象编程等技术在可视化系统仿真领域的应用进行了积极的探索与尝试。介绍内容主要为无人机飞行仿真系统模型建立及仿真算法采用以及如何运用软件工程概念开发无人机实时飞行仿真软件系统。     

飞机防滑刹车系统的MATLAB/SINMULINK建模与仿真

综合考虑飞机机体、机轮、轮胎和跑道状况的特性,建立了飞机防滑刹车的滑跑模型。对于刹车系统的非线性和不确定性,难以精确控制的特点,采用模糊控制来解决刹车控制问题。在MATLAB模糊逻辑工具箱中对控制器进行设计,并将模糊控制器与滑跑模型应用于SIMULINK仿真环境,建立整体仿真模型。仿真特性曲线表明:建立的整体模型和应用模糊控制比较合理,飞机的刹车性能良好。     

基于RPPP的无人机自主着舰关键技术研究

在有风浪的复杂海况下，需要自主着舰的无人机与舰船两者相对运动带有极大不确定性，为了提高无人机着舰时相对定位以及控制的精度，确保无人机着舰时的安全性与可靠性，提出一种通过差分对流层误差的相对精密单点定位技术(relative precise point position, RPPP)。该技术仅依靠数据链和载波型卫星定位接收机，消除相同环境下卫星定位相同误差，获得精确相对定位。将比例导引与LQR(linear quadratic regulator)控制器相结合，解决了无人机着舰入射角偏差较大的问题，提高了无人机着舰末段高程方向及入射角度的控制精度。对无人机着舰轨迹进行规划，建立无人机着舰的运动模型，设计无人机着舰横向和纵向的控制律，搭建无人机自主着舰的仿真平台。仿真结果表明，采用上述算法着舰误差控制在0.2 m以下，入射角偏差在10^-3量级，可满足无人机着舰要求。     

无人侦察机实时仿真系统

无人侦察机实时仿真系统用于进行地面控制站的模拟训练。衡量模拟训练仿真系统优劣的重要指标是模拟的真实性，技术核心是飞行控制系统仿真和视景仿真实现方法的运用。利用MATLAB/SIMULINK环境对已知的飞行控制系统进行仿真，通过实际飞行数据对仿真结果进行最小二乘曲线拟合，修正飞行参数方程，实现模拟飞行的真实性；介绍了贴近真实场景的视景仿真方案的选择。仿真系统具有重要的理论价值和应用价值，为无人机模拟训练系统开发提供了借鉴思路。     

基于气浮台的交会对接相对姿态和位置控制

基于交会对接地面物理仿真系统对卫星交会对接中相对姿态和位置的控制问题进行研究,根据地面物理仿真系统的结构推导出描述系统姿态和位置运动的耦合六自由度动力学模型;基于此模型,在存在外部扰动的情况下,采用自适应快速非奇异终端滑模控制思想设计一种能够克服传统终端滑模控制奇异问题的鲁棒有限时间控制器。通过李雅普诺夫理论推导和仿真分析表明,该控制器在保证系统的有限时间稳定性和收敛性的同时能有效地抑制外部扰动。     

A Second-Order Sliding Mode Controller of Quad-Rotor UAV Based on PID Sliding Mode Surface with Unbalanced Load

Quad-rotor unmanned aerial vehicle(UAV) is a typical multiple-input-multiple-output underactuated system with couplings and nonlinearity. Usually, the flying environment is very complex,so that it is impossible for the UAV to avoid effects derived from disturbances and uncertainties. In order to improve the reliability of flight control, we established the dynamic model of quad-rotor UAV by Newton-Euler equation in unbalanced load conditions. Considering external disturbances in the attitude, a second-order sliding mode controller was designed with PID sliding mode surface and Extended State Observer(ESO). The simulation experiments have got good control performance,illustrating the effectiveness of our controller. Meanwhile, the controller was implemented in a quadrotor UAV, which carried a pan-tilt camera for aerial photography. The actual flight experiments proved that this paper dealt with the high stabilization flight control problem for the quad-rotor UAV,which laid a good foundation for autonomous flight of the UAV.     

A Composite Adaptive Fault-Tolerant Attitude Control for a Quadrotor UAV with Multiple Uncertainties

In this paper, a composite adaptive fault-tolerant control strategy is proposed for a quadrotor unmanned aerial vehicle (UAV) to simultaneously compensate actuator faults, model uncertainties and external disturbances. By assuming knowledge of the bounds on external disturbances, a baseline sliding mode control is first designed to achieve the desired system tracking performance and retain insensitive to disturbances. Then, regarding actuator faults and model uncertainties of the quadrotor UAV, neural adaptive control schemes are constructed and incorporated into the baseline sliding mode control to deal with them. Moreover, in terms of unknown external disturbances, a disturbance observer is designed and synthesized with the control law to further improve the robustness of the proposed control strategy. Finally, a series of comparative simulation tests are conducted to validate the effectiveness of the proposed control strategy where a quadrotor UAV is subject to inertial moment variations and different level of actuator faults. The capabilities and advantages of the proposed control strategy are confirmed and verified by simulation results.

     

无人机集群自组织搜索仿真模型设计与实现

城市威胁背景下无人机集群自组织搜索移动目标问题，是无人机集群作战应用的一个重要发展方向。采用基于Agent的复杂系统建模仿真工具，构建了无人机集群搜索仿真模型框架，设计实现了无人机集群自组织搜索模型。在考虑无人机集群作战可能受到威胁的背景下，展示了无人机集群自组织搜索概念，探索了使用基于概率的有限状态机模型实现集群自主决策的解决方案，并通过案例进行了分析验证。该仿真模型为无人机集群作战应用研究提供了参考案例、模型支撑和实验平台。     

具有性能预设的多机编队目标跟踪控制

针对无人机编队目标跟踪中性能不可控的问题, 提出了一种具有性能预设的分布式多机编队目标跟踪控制方法。首先提出一种基于运动参数组的编队队形描述与目标跟踪方法, 实现了编队的相位预设与队形控制; 其次利用误差变换方法将有性能约束的误差问题转换为无约束误差控制问题, 并给出了一致性预设性能控制律; 然后分别设计了指数型和预设时间型性能函数, 实现了同一控制律下对不同性能的控制, 保证了编队目标跟踪过程中的收敛时间以及瞬态和稳态性能。最后,仿真证实了无人机编队能够在预期设定的性能范围内实现编队队形控制, 并成功跟踪目标。