四旋翼飞行器自主循迹取物运输系统的研究

为实现无人机在运输方面的自动化和信息化,设计并实现一种能自主循迹、取物并运输至目标点的四旋翼飞行器。通过对四旋翼飞行器飞行控制原理的分析,使用超声波传感器获取飞行器实时高度,利用计算机图像处理技术实时判断飞行器位置,并用PID( Proportion-Integral-Derivative) 控制器控制飞行器的飞行高度和自身姿态,实现了四旋翼飞行器的自主循迹飞行和物体识别,以及驱动机械手完成对目标物体的抓取与投放。测试结果表明,飞行器可在1 m 高度上以20 cm/s 的速度沿预设轨迹自主循迹飞行,能在50 s 内识别与抓取底面半径为4 cm、高度为8 cm 的圆柱形物体,并投放在以目标点为圆心半径为25 cm 的范围内,达到了预期效果。     

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.     

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。     

四旋翼无人机自主飞行控制的设计和应用

旋翼无人机目前广泛应用于各个领域,应用价值较高,不过自主飞行控制设计难度较大。该文对四旋翼无人机自主分型控制设计中的重难点进行了分析,并选择整体结构设计、力学模型建立和系留试验三个程序简要分析了飞行控制的设计与应用。     

基于深度学习的无人机单目视觉避障算法

针对基于单目视觉的无人机(UAV)避障问题,本研究提出基于单目深度估计和目标检测的四旋翼自主避障方法。其中,单目深度估计模型提供障碍物像素级别的深度信息,目标检测模型提供障碍物的位置信息。单张红绿蓝(RGB)图像的深度图和目标检测结果由卷积神经网络(CNN)获得;图像的区域划分以目标检测结果为依据,区域深度以深度估计结果为计算依据;规划算法依据区域深度和区域划分结果计算无人机的线速度和角速度,实现无人机的自主避障。为验证算法的自主避障性能,采用Parrot Bebop2无人机对本研究提出的算法与直飞算法进行实飞对比实验。结果表明:本研究提出的算法可用于四旋翼无人机的低速自主避障。     

视频跟踪四旋翼飞行器创新实验系统

提出了一种具有视频跟踪功能的四旋翼飞行器创新实验系统设计方案,通过搭建小型四旋翼无人机飞行平台和人机界面,使其能够将远程视频信号和传感器采集信号无线传输至上位机,结合数字图像处理技术与基于AVR单片机的电机控制、数据处理等功能,实现其自主飞行模式、预订高度悬停功能、飞行器的远程控制、视频信号处理和整体系统的无线通讯。     

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。     

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。     

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。     

多连杆混联仿生腿式起落架设计与着陆实验研究

针对垂直起降飞行器对着陆场地的硬度及平整性要求高、传统起落架智能化程度低的问题,设计了一种基于多连杆混联机构的仿生腿式地形自适应起落架。本文首先针对单腿的设计构型进行驱动力矩分析与机构优化,在此基础上完成结构设计。其次基于设计构型提出了相应的驱动与运动控制算法,建立控制系统,并针对四腿机构进行着陆仿真。最后以多旋翼无人机为对象,设计了一套仿生起落架系统,与多旋翼无人机形成了整体的验证平台,实现地形识别-飞控-多腿控制融合设计,完成了搭建结构化地形的自适应着陆实验。研究结果表明,多连杆混联式仿生起落架设计方法可应用于垂直起降飞行器起落架的设计中,可完成设计载重的斜坡、台阶、凹凸地面等复杂地形的着陆,具备自适应着陆的能力。     

基于一种层叠分类器的无人直升机路标识别算法

针对复杂的野外环境造成的图像表象变化给无人直升机飞行过程中路标识别带来的困难,分析了常规神经网络分类器和Hu不变矩分类算法的优、缺点,提出一种利用二级神经网络结合不变矩等特征构成的层叠分类器的路标识别算法,给出了算法的原理和结构.实验结果表明,此算法不仅能获得更好的识别效果,而且能提供路标的方位信息,可作为无人直升机视觉导航系统和进行姿态估计时的参考信息.     

小型四旋翼无人直升机自适应优化控制

摘要： 针对小型四旋翼无人直升机姿态稳定及位移跟踪控制问题,提出了一种新的控制方法.根据牛顿 欧拉方程及刚体理论建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,并利用二次拟合实验建立了旋翼升力和输入控制信号之间的关系模型.将自适应优化 (Adaptive Control Optimization,ACO)控制方法运用于小型四旋翼直升机控制系统中,实现了小型四旋翼直升机的姿态稳定及位移跟踪控制.实际飞行实验表明,自适应优化控制方法在小型四旋翼直升机姿态及位移控制中相对于传统的自适应控制方法,具有很好的实时性和鲁棒性.     

基于模糊控制的无人机集群视觉着降

在基于视觉导航的自主着降过程中,旋翼无人机受到自身机械振动和复合风场环境等因素的干扰,降落精度低、速度慢,影响集群回收的安全性。针对这一问题,提出一种基于模糊控制和视觉导航的集群自主着降算法。首先无人机集群飞至降落区域后,无人机通过目标检测算法找到自身对应的降落标识,再利用像素距离解算出无人机与对应降落标识间的实际水平距离,然后通过模糊化、模糊推理、去模糊化得到无人机精准对准降落点的控制指令,最终实现集群精准着降。仿真实验与实际飞行实验结果表明,该算法具有更高的鲁棒性,可有效提升无人机集群着降的速度。     

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.     

基于视觉的小型垂直起降UAV降落引导技术

为了使小型无人飞行器在执行任务过程中进行全程自动飞行,提出一种基于快速地面定位目标识别,与多目标尺寸视觉测量,使用Intel公司的开源图像处理库OpenCV进行高速实时图像处理,获取飞行器相对高度等信息以辅助引导小型无人飞行器自动降落的方法.     

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.     

外挂组合体对无人直升机气动特性影响分析

为研究某型无人直升机机身两侧的外挂组合体对其气动特性的影响, 采用求解Navier-Stokes方程的方法, 对直升机机身的气动特性进行数值计算, 并与风洞试验结果进行对比, 验证CFD (computational fluid dynamics)计算方法的准确性和可靠性。计算加装外挂组合体前后的无人直升机气动特性, 包括不同侧滑角和不同挂载状态, 并进行对比分析。结果表明, 外挂组合体对无人直升机的阻力影响较大, 对升力和俯仰力矩等影响较小。加装外挂组合体后, 无人直升机气动特性受侧滑角变化的影响更大, 外挂组合体中的导弹数量变化对无人直升机的阻力影响较大。研究结果可为加装外挂组合体的气动布局和减阻设计提供参考。     

翼扇涵体构型无人机风切变下的响应特性

为了分析风切变影响下的响应特性,首先根据翼扇涵体无人直升机的构型特点,建立了该型直升机在风切变场中的非线性飞行动力学模型,依据美国联邦航空局的统计数据,给出了典型的风切变模型,最后研究分析了翼扇涵体构型无人直升机在不同维数风切变场中的响应特性,以及弹性支承件对该构型直升机抗风特性的影响。研究结果表明:翼扇涵体构型无人直升机受高维数的风切变影响较大;以提高操纵性为目的弹性支承件降低了该构型无人直升机的抗风能力,因此在对弹性支承件的刚度进行设计时,需要综合考虑其对操纵性与抗风特性的影响。     

烟气扩散对海上直升飞机操作影响的安全分析及评估的理论研究

采用气体多组分流动及传热数学模型,数值模拟了某海洋平台上的排烟设备所排放的高温烟气的扩散规律。并通过规范CAP437提出的直升飞机起飞和降落安全操作的判定标准,对海洋平台上直升飞机起降操作的安全性进行了分析评估。研究结果表明,高温烟气和大气湍流对直升飞机起降的安全操作都存在影响,而高温烟气的影响起到决定性作用。同时理论研究获得了直升飞机操作的年不可用概率。计算结果为直升机甲板的优化设计提供重要依据。