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。     

直升机操纵性与稳定性研究

本文主要叙述了对于直升机操纵性和稳定性研究的大致方法。主要步骤为：（1）飞行动力学非线性数学模型建模；（2）配平计算非线性数学模型线性化；（3）判断直升机飞行品质；（4）扰动响应和动态响应。     

地效翼船纵向稳定性与操纵性研究

纵向稳定性一直是地效翼船发展中面临的问题之一．以状态方程作为描述地效翼船的数学模型,研究了地效翼船在飞行状态下的纵向操纵性与稳定性．根据特征方程常数项系数,直接判定静稳定性,分析了主要气动导数对静稳定性的影响,认为Ｃｍｚ取接近于零的正数既有利于静稳定性又能简化静稳定性的判定条件．根据特征根,判定动稳定性,作出模态矢量图,并分析了三个模态的主要特性以及状态变量在各模态中的反映;分析了在从自由空间到地效区的过渡区域,忽略速度变化的四阶运动方程所得的动稳定性与五阶方程所得的动稳定性不一致的原因,指出在这一区域尤其要注意四阶方程的有效性．最后,从现代控制理论的角度提出纵向操纵性的研究思路     

基于EKF的无人机飞行控制系统故障检测

无人机飞行控制系统是一种典型的多传感器闭环控制系统,其执行机构与传感器故障会严重影响系统的安全性与可靠性,针对无人机飞行控制系统故障检测问题的研究具有重要的意义.本文考虑了一类无人机闭环非线性飞行控制系统的故障检测问题,针对风扰动影响下无人机纵向非线性系统模型,设计基于扩展卡尔曼滤波器的残差产生器,并应用χ2检验对残差进行评价,实现无人机闭环控制系统的故障检测.同时,基于某型无人机Simulink仿真平台进行仿真实验.结果表明,所提出的方法能够实现空速管堵塞故障和升降舵部分失效故障的检测.     

非线性解耦控制在无人机中的应用

为了提高无人机的机动性,同时保证其航迹的精确性,针对无人机纵向运动模型,采用非线性动态解耦Singh算法设计直接力控制器,并对某一型号的无人机模型进行了纯直接力模式的计算机仿真.结果显示无人机的速度、迎角、俯仰角以及航迹角输出均能按照预期的目标渐进跟踪控制指令,并且具有很好的动态响应.仿真实验表明基于Singh算法的直接力控制器能解除无人机在飞行过程中某些模态运动之间的交叉耦合,并能精确实现纯直接力、俯仰指向等3种模式的直接升力控制.     

跟踪地面目标的小型无人机飞行控制仿真研究

对无人机跟踪地面目标时的飞行控制问题进行了研究.首先对某小型无人机跟踪地面目标时的运动状态进行了建模分析,利用自动控制理论知识设计了相应的控制律,然后采用六自由度非线性运动模型进行了控制律的仿真验证,并且分析了风的扰动对跟踪精度的影响.仿真结果表明,设计的控制律能够控制无人机对地面目标进行可靠跟踪,且对侧风扰动具有较好的抑制能力.     

基于MATLABSIMULINK的潜射无人机水面分离运动分析

本文针对潜射无人机发射方案的要求提出无人机与运载器实现水面分离的方案,并建立相应的动力学数学模型,分析了分离过程中无人机的纵向运动情况。分析结果表明,分离过程结束后,无人机的运动参数可以满足无人机飞行方案的要求。     

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。     

基于Matlab无人机数学模型仿真分析与研究

无人机数学模型的研究和建立是其飞行实时仿真系统和研究其飞行控制律设计的基础,针对某型无人机进行飞机运动方程的建模与仿真研究,建立了飞机六自由度非线性飞行运动学和动力学模型,并在Matlab/SIMULINK软件环境下建立数字仿真模型和线性化模型.飞行仿真模型采用了模块化的设计结构,具有一定的通用性.     

六旋翼植保无人机模糊自适应PID控制

六旋翼植保无人机在作业过程中自身载荷变化将引起飞行控制性能下降、抗扰动能力降低等问题。为了提高六旋翼植保无人机的可控性,通过对六旋翼植保无人机在喷洒农药过程中进行分析和建模,推导出植保无人机时变动力学模型,提出了一种模糊自适应PID控制算法,模糊自适应PID算法适应性强,参数整定简单,提高了系统动态响应和稳态性能。将各个传感器的测量参数输入到模糊自适应PID算法中,可以得到对应的控制量,实现飞行器稳定运行。通过使用Matlab软件对飞行系统进行仿真,并结合实验平台实际飞行控制表明,系统的动态性能和稳定性得到了有效提高。     

固定翼无人机纵向控制律设计及仿真验证

利用经典控制理论中的根轨迹法对某固定翼无人机纵向控制律进行分析设计。首先通过在定常直线无侧滑模态下对无人机数学模型进行配平线性化,将飞机运动分解为纵向运动和横侧向运动;再利用俯仰角速率和俯仰角双回路反馈实现俯仰角控制回路;之后通过分析系统附加开环零点对系统稳定性和动态性能的影响确定高度积分增益实现高度控制回路,利用Matlab进行了仿真,给出了仿真结果。仿真结果表明控制参数设计合理,根轨迹法是设计飞行控制律有效而成熟的方法。     

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。     

高速滑行艇“海豚运动”现象的实时数值预报方法

基于计算流体力学软件FLUENT及滑行艇纵向运动方程,编写了耦合求解滑行艇纵向运动响应特性的数值预报程序,进行了均匀来流中三维滑行艇模型"海豚运动"现象的数值模拟,分析了滑行艇在不同航速及重心位置条件下的升沉、纵摇运动特性.结果表明:当滑行艇的重心与艇艉的距离lg=0.231L(L为艇长),体积Froude数Fr▽≥2.7时,滑行艇出现"海豚运动"现象,且艇体的升沉量、纵倾角和响应频率均随着航速的增加而增大;当Fr▽=5.0,滑行艇重心处于lg=0.381L,0.351L时均出现"海豚运动"现象,且其升沉量、纵摇角的幅值和响应频率均随着重心纵向位置移向艇艉而增大.     

洗流时差阻尼力矩及其影响因素分析

飞机做纵向不稳定曲线运动如扰动运动、俯冲及跃升的曲线段时，其俯仰角速度ｗｚ和迎角变化率ｄαｄｔ均有改变。分析纵向阻尼力矩时，除考虑ｗ＊ｚ引起的俯仰阻尼力矩Ｍｗｚｚｗｚ外，还应估算出ｄαｄｔ引起的洗流时差阻尼力矩Ｍαｚα。较详细地分析了洗流时差阻尼力矩的产生原理、大小及其影响因素，对飞行力学教学具有一定的参考价值     

弹性变形对双座电动飞机模型气动特性的影响

与常规飞机相比,电动飞机在气动布局方面采用了更大的展弦比,在气动力作用下弹性变形更加明显.针对双座电动飞机风洞试验模型,采用计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamics/computational structural dynamics,CFD/CSD)流固耦合方法分别计算了机翼有无弹性变形的气动力特性,并与面元法和风洞试验结果进行比较.结果表明,受弹性变形影响后升力系数增加,阻力系数减小,相同升力系数下的升阻比几乎没有变化,弹性变形对俯仰力矩系数影响显著,变形后的纵向静安定裕度显著提高.采用面元法计算气动弹性变形的方法计算高效,升力系数误差在10％以内,能满足工程实际应用;CFD/CSD流固耦合计算与风洞试验结果更接近,升力线斜率较风洞试验低7％;变形后的纵向静安定性随迎角有增大趋势,与风洞试验结果一致;弹性变形对机翼扭矩影响较大.     

荷载位置对龙骨帆船大倾角稳性影响

为了研究荷载位置变化对龙骨帆船大倾角稳性的影响程度,采用可变质量位置变化对大倾角稳性影响的计算方法,依据Maxsurf软件与检验规范,并以一艘10 m休闲龙骨帆船为例,获得不同人员布局在满帆操作下的安全操帆风速,计算复原力臂差值,得到影响程度的最大差异可达到10%-33%的结果。研究表明,设计、检验和驾驶龙骨帆船时,要注意人员布局对帆船稳性的影响。     

基于ADRC的无人机纵向通道控制

根据自抗扰控制器不依赖对象的精确数学模型以及能够对系统模型内扰和外界干扰进行补偿的特点,提出了在无人机纵向通道中引入自抗扰控制器的方法。设计的自抗控制器在不同的飞行状态下,不需要改变控制器参数,就能实现对俯仰指令的精确跟踪控制,以及速度回路与俯仰角回路的解耦控制。仿真结果表明,系统具有良好的动态响应和鲁棒性。     

基于博弈策略的双无人机冲突解脱方法

针对无人机在空域飞行时完成冲突解脱所存在的消耗时间长、绕飞距离严重、机动次数多等问题,在2架无人机发生冲突的条件下,基于博弈论的知识,提出一种双无人机冲突解脱方法。首先,依据2架无人机的运动模型建立冲突探测模型,求出达到最小距离的时间公式,根据此公式反解出2架无人机改变的速度或航向值;其次,将鹰鸽博弈与贝叶斯博弈结合,以期望效用分析适合双方的解脱策略;最后,完成解脱后为减小航迹偏离等情况,无人机执行恢复策略恢复至初始状态。结果表明,与单机解脱相比,在解脱时间、绕飞距离、总飞行时间及总飞行距离方面的效果都有所改善。改进后的探测模型不仅能迅速计算出解脱策略改变值,而且在引入博弈策略后冲突双方可根据自身最大效益选择解脱策略,解决冲突解脱问题的方法简单有效,可以保证无人机在空域内发生冲突时能快速解脱。