无人直升机自抗扰自适应轨迹跟踪混合控制

为满足无人直升机高精度轨迹跟踪的控制需求,并降低直升机动力学模型误差对飞行控制器飞行控制效果产生的影响,提出自抗扰自适应直升机混合控制.该控制器的内环控制采用模型跟随自适应控制,通过使用动量反向传播算法(MOBP)对该内环控制参数进行实时优化.通过使用自抗扰控制(ADRC)对直升机的水平速度进行控制.仿真结果表明,该混合控制器能够实现直升机对预定轨迹的跟踪.相对PID和级联ADRC控制,该控制器具有更好的抗扰性和鲁棒性.通过在200 kg级的专业植保无人直升机XV-2上搭载所提出的控制器,使其自主飞行轨迹跟踪控制的均方根误差在0.6 m以内.     

基于模糊积分的三自由度直升机模型的飞行姿态控制

针对三自由度直升机系统的不稳定性、非线性、强耦合等特点,设计了模糊积分控制算法,进行了直升机模型的飞行姿态控制研究.基于MATLAB的仿真平台,进行模糊积分控制的直升机系统仿真研究,分析了系统的鲁棒性和抗干扰性,并与传统的PID控制算法进行比较,仿真结果表明,模糊积分控制算法能够有效地控制三自由度直升机模型的飞行姿态,并且具有良好的动态品质,较好的鲁棒性和抗干扰能力.     

集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计

为发展一种集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计方法,基于显模型跟踪控制技术,在反馈控制模块引入旋翼运动信息并采用旋翼/机体控制增益的最优化设计提升直升机动稳定性,采用旋翼前馈增强控制提升直升机操纵频率,提出基于有效跟踪的显模型参数设计方法提升直升机小幅高频和中等幅度姿态控制的操纵品质。最后,基于高阶飞行动力学模型分析直升机操纵品质,结果表明：将旋翼控制用于直升机飞行控制设计能够在保持系统稳定性的同时提升操纵频率,直升机纵、横向操纵响应带宽分别提升18%和10%,纵、横向姿态快捷性分别提升25%和20%。     

基于时延的高超声速飞行器终端滑模控制

针对吸气式高超声速飞行器(AHV)再入过程中的复杂非线性、动力学模型通道间存在的强耦合及气动力系数和气动力矩系数摄动,提出了一种结合时延补偿控制与终端滑模控制的姿态控制方法.首先,以AHV再入飞行姿态动力学模型为基础,考虑气动参数摄动产生的模型不确定性,建立了面向控制算法设计的AHV再入飞行数学模型;然后,基于多时间尺度理论将该数学模型分解为双环子系统;为两个子系统分别设计时延补偿改进终端滑模控制算法,用来完成AHV的再入姿态控制;在改进终端滑模控制的基础上,采用工程上易于实现的时延补偿控制对模型不确定性进行精确估计,并基于李雅普诺夫理论证明了姿态角和姿态角速度的跟踪误差在有限时间内收敛到零.本算法设计简单,无须补偿项部分已知且易于工程实现.仿真结果表明所设计的基于时延补偿的改进控制算法具有调整时间短(1 s以内)、超调量小和良好的跟踪精度等优点.     

小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现

针对无人直升机动力学建模与飞行控制方法研究的问题,构建了一个由空中飞行平台、数据传输设备以及地面监控平台组成的小型单旋翼无人直升机验证系统.系统中空中飞行平台由Raptor-50型直升机和自主研制的飞行控制系统组成,可以实现不同飞行模态下飞行状态的测量与记录功能;数据传输设备完成小型单旋翼无人直升机机载电子设备与地面站间的通讯传输功能.地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能;地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能.通过实际的飞行测试,所构建的系统能够满足小型单旋翼无人直升机系统建模与控制方法的研究内容对系统性能的要求.     

基于IDRA法的直升机动力学建模

为加快直升机动力学模型的解算速度,基于拉格朗日方程,以一个仿真步长内机身的微小位移和转角(IDRA)为广义坐标,提出了直升机动力学建模的IDRA法,简化了相邻步长间机体坐标系的转化矩阵,节省了CPU计算时间.同时,将直升机轮胎视为带有黏性阻尼的三维线性弹簧,将其势能、动能和耗散能用新的广义坐标表示,建立了集飞行与着陆于一身的机身动力学模型.实验结果表明:与传统方法相比,利用IDRA法可以节省1/3的CPU计算时间,飞行与着陆之间曲线过渡合理,从而验证了该方法的可靠性和实时性.     

UKF滤波器在直升机盘旋飞行中的应用

针对直升机盘旋飞行时的定位问题,建立了直升机盘旋飞行模型,讨论了一种基于贝叶斯理论的UKF滤波算法。将UKF算法应用于所建立的模型,并进行了仿真实验,仿真结果表明UKF能有效地对目标进行跟踪,且具有较高的精度和较强的抗噪声性能。     

基于神经网络的模型参考自适应逆飞行控制

针对飞行安全控制问题,结合动态逆方法和神经网络理论,提出了一种基于改进BP神经网络的模型参考自适应逆控制方法,应用到飞行控制系统中。该方法在控制器中引入神经网络算法,在经典BP神经网络控制算法的基础上,使用遗传蚁群算法优化神经网络参数,在线调整网络的权值和阈值,避免了传统梯度下降法的缺点,提高了自适应算法的效率,达到了抗干扰的目的。从而改善了飞机飞行稳定性和操纵性。在波音747—100/200飞机模型上仿真实验表明了该方法的可行性和鲁棒性,能够保障飞行安全。     

微小型变体飞行器建模与控制系统设计

研究了机翼可后掠变形的微小型变体飞行器动力学建模和飞行控制系统设计方法. 通过状态点选取、气动参数计算和数据拟合插值,建立了变体飞行器的动力学模型. 针对模型的特点,提出了一种以参数空间方法为基础的变体飞行器飞行控制系统设计方法,通过计算机辅助算法,设计了纵向通道控制系统. 仿真结果表明,所设计的公共固定增益控制器能够使得变体飞行器在不同飞行阶段始终具备要求的动态特性,具有可行性和工程实用性.      

无人直升机纵、横向姿态建模与稳定控制

在实际飞行中设计调整小型无人直升机控制器存在很多危险,为了达到小型无人直升机的姿态稳定控制,设计小型无人直升机试验平台.通过试验,采集控制器输入信号和相应无人直升机飞行姿态角信号,提出了动态系统辨识模型,运用神经网络对所提模型进行了辨识.应用输出反馈实现姿态的稳定解耦控制,仿真结果验证了辨识模型和控制算法的有效性.     

自主控制技术在箭射无人飞行器航迹控制中的应用研究

对箭射无人飞行器飞行控制系统进行设计,研究了自主控制系统的层级控制结构、规划与重规划技术以及智能控制器设计,并给出了自主航迹控制的模块化设计的流程图以及具体实现算法,在Matlab/Simulink下进行了仿真实验,其结果验证了层级控制结构下实现航迹自主控制的可行性.     

Small unmanned helicopter's attitude controller by an on-line adaptive fuzzy control system

Since small unmanned helicopter flight attitude control process has strong time-varying characteristics and there are random disturbances, the conventional control methods with unchanged parameters are often unworkable. An on-line adaptive fuzzy control system (AFCS) was designed, in a way that does not depend on a process model of the plant or its approximation in the form of a Jacobian matrix. Neither is it necessary to know the desired response at each instant of time. AFCS implement a simultaneous on-line tuning of fuzzy rules and output scale of fuzzy control system. The two cascade controller design with an inner (attitude controller) and outer controller (navigation controller) of the small unmanned helicopter was proposed. At last, an attitude controller based on AFCS was implemented. The flight experiment showed that the proposed fuzzy logic controller provides quicker response, smaller overshoot, higher precision, robustness and adaptive ability. It satisfies the needs of autonomous flight.     

Small unmanned helicopters attitude controller by an on line adaptive fuzzy control system

Since small unmanned helicopter flight attitude control process has strong timevarying characteristics and there are random disturbances, the conventional control methods with unchanged parameters are often unworkable. An online adaptive fuzzy control system (AFCS) was designed, in a way that does not depend on a process model of the plant or its approximation in the form of a Jacobian matrix. Neither is it necessary to know the desired response at each instant of time. AFCS implement a simultaneous online tuning of fuzzy rules and output scale of fuzzy control system. The two cascade controller design with an inner (attitude controller) and outer controller (navigation controller) of the small unmanned helicopter was proposed. At last, an attitude controller based on AFCS was implemented. The flight experiment showed that the proposed fuzzy logic controller provides quicker response, smaller overshoot, higher precision, robustness and adaptive ability. It satisfies the needs of autonomous flight.     

小型共轴式直升机纵横向动力学建模与辨识

运用经典的叶素法和一阶谐波理论,建立了悬停状态下某小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型;同时根据飞行试验中采集的直升机输入输出数据,以参数化理论模型为基础,运用系统辨识的方法得到了该机纵横向通道模型．通过计算机仿真,分别对理论计算模型和系统辨识模型进行了时域验证和分析,并比较了2种模型的稳定性导数、操纵导数及特征根,对该直升机的稳定性进行了分析．研究表明：所建立的小型共轴式直升机纵横向通道的理论计算模型能够反映该机悬停状态下纵横向通道的动态特性,以此为基础建立的系统辨识模型可以作为飞行控制系统纵横向通道控制的数学模型．     

智能火力/飞行综合控制系统研究

本文设计了基于遗传算法和模糊逻辑控制的智能火力/飞行综合控制系统(IFFC),设计了采用论域自调整的模糊控制器,给出了控制器输入输出的隶属函数,设计了相应的规则库.并在此基础上进一步利用遗传算法对模糊控制器进行优化设计,给出了遗传算法各个参数的选择原则.仿真结果表明,基于遗传算法和模糊逻辑的智能火力/飞行综合控制系统具有良好的控制效果,在综合火力/飞行控制系统的设计中颇有应用潜力和前景.     

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。