小型无人直升机偏航动力学建模与辨识

在考虑到偏航速率反馈系统存在的情况下,根据小型直升机的动力学原理,推导了无人直升机偏航动力学数学模型。基于所采集的飞行实验数据,采用预报误差法(PEM)辨识得到了完整的悬停状态下小型无人直升机的偏航动力学状态空间模型。并通过对实验数据的分析,建立了保真度更高的模型。对模型的校验和评估结果表明,所得到的模型能充分反映小型直升机的偏航动力学特性,结构相对简单,能作为控制器设计的参考模型。     

小型无人直升机发动机控制设计

小型无人直升机的发动机控制是无人直升机飞行控制系统的重要内容之一,以某小型无人直升机为基础,对旋翼负载和发动机功率特性进行建模,研究发动机控制设计,进行发动机控制数字仿真和地面半物理仿真,最终通过地面发动机开车试验对发动机控制进行完善.     

无人直升机自主着舰轨迹跟踪控制

着舰飞行过程中的轨迹跟踪控制能力是影响舰载无人直升机性能的关键因素,针对无人直升机模型不确定性和在飞行时受阵风干扰的问题,基于扩张状态观测器(extend stated observer, ESO)和动态面策略提出一种应用于无人直升机自主着舰的轨迹跟踪控制方法。首先,建立无人直升机数学模型。其次,设计复合扰动ESO,用来观测未建模动态和外界阵风扰动的影响,并采用前馈补偿的方式来抑制系统不确定性,实现系统对扰动的鲁棒性。然后,采用内外环形式的分层结构设计轨迹跟踪控制器,采取动态面策略避免反步法“微分爆炸”和控制参数调整不敏感的问题,并采用Lyapunov方法证明了整个系统是一致渐进稳定的。最后,采用课题组在研直升机进行了仿真实验,仿真结果表明该控制器具有较好的轨迹跟踪性能。     

直升机飞行中的涡环状态研究

针对直升机特有的涡环飞行状态,根据直升机空气动力学理论,分析了直升机涡环状态飞行事故的现象及成因。指出研究直升机涡环状态的关键是确定涡环状态的边界,分析了各种涡环边界试验的结果及特点,并比较了计算确定涡环边界所需的各种边界判据的特点。最后提出了预防直升机涡环事故的被动方法和主动方法,指出研制涡环告警装置是减少直升机涡环状态飞行事故、保证飞行安全的有效途径。并就建立直升机涡环状态预防体系提出了建议。     

无人直升机欠驱动飞行控制系统设计与仿真

针对无人直升机欠驱动特性,采用多回路反馈方法设计飞行控制系统。为实现内回路的姿态解耦,探讨了对角矩阵法、模型逆及不完全状态反馈三种控制律的设计,并运用极点配置对不完全状态反馈方法进行了补充,提高了控制系统的动态响应特性。飞行轨迹的跟踪则通过外回路来实现。在MATLAB环境下建立了仿真模型,并验证了飞行控制系统设计的有效性。     

无人直升机发动机PID自适应控制系统

以某型无人直升机发动机为被控对象,设计了数字式发动机控制系统。介绍了该控制系统的结构、功能和软硬件实现,利用台架试车试验验证了发动机控制系统的可行性,采用PID自适应控制策略解决了试车试验中所发现的问题。利用PC104嵌入式计算机系统构建了发动机控制系统的半物理仿真平台,完成了半物理仿真试验。仿真结果表明发动机PID自适应控制器能够实现不同工况下的参数自动整定,满足无人直升机飞行控制要求。     

无人旋翼飞机鲁棒姿态控制律设计

介绍了小型无人旋翼飞机飞行控制系统的鲁棒姿态控制内回路控制律设计.以直升机为裁机平台,利用的试验数据通过PEM方法可以辨识出飞机模型.基于H∞理论设计了内回路鲁棒姿态控制律.仿真结果表明,在存在传感器噪声和模型误差的情况下,所设计的控制律满足了设计要求,针对建模不确定性具有一定的鲁棒性.     

基于Flightgear模拟器的实时可视化飞行仿真系统

针对国外某型无人飞行器,建立了非线性六自由度飞行模型和自主导航控制系统,在此基础上,利用Flightgear飞行模拟器外部数据输入/输出接口,将飞行仿真数据通过网络实时传递,驱动Flightgear可视化引擎,实现飞行仿真中,飞行姿态、天气条件和地理环境的三维实时可视化显示。仿真试验表明,该可视化飞行仿真系统可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便,为今后的深入研究打下了良好基础。     

基于ESO的无人直升机轨迹鲁棒跟踪控制

围绕无人直升机实际飞行中的不确定性问题,将扩张状态观测器(extended state observer, ESO)与自适应反步法相结合设计控制器来实现无人直升机轨迹的鲁棒跟踪控制。首先,建立了无人直升机的数学模型,建模过程中考虑未建模动态、模型简化误差、外界大气扰动以及燃油消耗导致的惯性参数摄动等多种不确定性来源。同时,将主旋翼一阶挥舞动态耦合进无人直升机6-DOF刚体动力学方程,建立了简洁且又反映无人直升机旋翼挥舞这一重要特征的等效模型。然后,基于ESO和自适应反步法设计了位置控制器、姿态控制器以及力矩控制器,其中利用自适应策略对无人直升机质量及惯性矩阵等慢变摄动参数进行估计,利用ESO对未建模动态及外界阵风等高频扰动进行观测,并通过前馈补偿实现对系统不确定性的综合抑制。最后,通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性。仿真结果表明,该方法比纯自适应反步法具有更高的不确性抑制效率和控制精度,能够实现无人直升机在多种不同类型扰动同时作用下轨迹的鲁棒跟踪控制。     

基于模糊加权的多模态切换控制器设计与仿真

针对多模态切换控制问题,提出并设计了基于模糊加权的模态切换控制器。对无人直升机的飞行模态切换实例进行研究,仿真结果说明该方法可以软化模态切换过程,提高暂态响应特性,并且具有一定的鲁棒性。     

模型直升机航向自适应保性能控制

提出了一种新的模型直升机航向控制算法。针对具有模型不确定性的直升机航向线性模型，提出了一种具有自适应机制的最优保性能控制器。该控制策略通过引入自适应机制降低固定增益控制器所固有的保守性，并且控制器的反馈增益应用线性矩阵不等式（LMIs）方法解得。理论分析和数字仿真表明所设计的控制器具有良好的鲁棒稳定性能。     

小型直升机航向模型的增广递推最小二乘辨识

分析确定了模型直升机航向通道结构,考虑了噪声模型的存在,采用增广最小二乘法进行了参数辨识,从而避免了一般最小二乘法把误差模型隐含在系统模型中所造成的辨识精度不高的缺点。结果表明,虽然采用增广最小二乘法要考虑噪声模型,但是它具有速度快、辨识结果准确的特点,所得模型直升机的航向模型很好的表示了其系统特性,可以用来进行控制系统的设计和直升机的分析理解。     

外辐射源雷达目标扇叶微多普勒效应实验研究

基于UHF频段外辐射源雷达系统的长期实验观测数据, 重点比较研究了直升机、通航飞机、无人机、风电机组等多种目标的扇叶微动回波特征。首先, 通过多径杂波抑制、主体回波去除等手段使扇叶的微动回波得以凸显。然后, 详细分析了扇叶微动回波在时域、频域、时频分布图、距离-多普勒谱上的特征表现, 揭示了微动特征与扇叶几何结构、运动状态等参数之间的对应关系, 据此实现扇叶尺寸、转速等重要参数的反演。实验结果与理论模型吻合较好, 为建立外辐射源雷达微动特征数据库, 服务后续目标精细化建模、目标分类识别等深层次应用提供了数据和理论支撑。     

基于Elman网络的鲁棒型广义预测控制方法研究

提出一种基于Elman动态回归神经网络模型的鲁棒型广义预测控制(GPC)．该算法首先用EIman网络对非线性系统进行辨识，建立预测模型，然后在控制中将模型输出值与测量输出值进行综合，代替量测输出用于控制中，从而降低辨识器与控制器对未建模动态的敏感性，加强控制器的适应能力和鲁棒性．仿真结果证明：将本算法应用于非线性系统预测控制，对未建模动态具有很强的鲁棒性和很好的控制能力。     

滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型辨识

采用机理分析和系统辨识相结合的方法,以直升机机体和伺服小翼的力矩平衡方程为基础,根据滞空状态的特性,建立含有未知参数的超小型旋翼无人机姿态模型,由飞行数据采用预测误差法(PEM)对上述姿态模型进行了辨识,从而得到了完整的滞空状态下超小型旋翼机系统的姿态模型,最后验证了辨识模型的正确性。     

直升机旋翼系统仿真建模研究

以某型直升机飞行模拟器为背景,阐述了如何建立直升机旋翼系统的仿真数学模型.运用旋翼的空气动力学理论,分析了其中的技术要点,有针对性地讨论并设计了一种旋翼系统仿真模型的建模方法,其中根据直升机模拟器飞行动力学仿真的需要对旋翼系统模型进行了适当简化,降低了模型的复杂性.仿真结果表明该模型能够较逼真地模拟直升机的动态特性,实际应用效果验证了所述理论及方法的有效性.     

基于RBF神经网络的海杂波建模

从相空间重构理论出发，构造了一个RBF神经网络预测器来重构海杂波的内在动力学，并且利用这个确定性的模型时海杂波的演变进行预测。为验证模型的推广性能，采用了多步预测。对雷达采集的实际海杂波数据的实验结果表明，这个确定性的模型可以很好地追踪海杂波的演变。文中还分析了该RBF神经网络预测器在不同高斯白噪声条件下的预测性能，得出了其预测误差与杂噪比（CNR）的关系。     

三自由度直升机模型的无静差跟踪控制

三自由度实验室直升机模型是典型的高阶多输入输出系统,具有较强的通道耦合和非线性特性,其俯仰、倾斜和旋转三轴运动方程,能够部分模拟实际直升机的飞行特性,是控制理论教学和研究的有力工具。采用基于内模原理的无静差跟踪控制方法设计能够同时实现扰动抑制和鲁棒跟踪的无静差跟踪控制器,应用LQR方法设计系统状态反馈增益,将设计的线性解耦控制器应用到原非线性耦合模型上,计算机仿真和实时实验结果表明能够很好的实现轨迹跟踪控制。