三栖四旋翼模型与PID控制设计研究

本文在三栖四旋翼机体结构和飞行原理的基础上,利用牛顿-欧拉法对无人机进行动力学受力分析,建立相应数学模型,通过四旋翼无人机的数学模型分析,设计了比例-积分-微分(PID)控制器,利用MATLAB进行仿真验证。     

一种典型无人直升机操纵机构的建模与分析

无人直升机操纵机构的输入/输出关系复杂,传统上的设计方法有很多局限,为优化操纵系统的设计,必须对操纵机构进行精确建模与分析.针对一种典型的带伺服小翼的无人直升机操纵系统,运用分析空间机构的方法建立其运动学模型,并将整个机构其分解为3个模块,对每个模块的功用进行完整的分析并给出机构运动学方程,最后对整个机构进行数值仿真.     

直升机模拟自转下滑试飞技术研究

国外对于直升机自转下滑性能的研究已经较为成熟,并已经形成了系统的操作规程。我国国内虽然对于直升机自转下滑性能的研究并不是很多,但是也取得了一定的成果。该文对直升机自转下滑性能进行了理论分析,给出了自转下滑性能指标理论计算方法,并利用平飞试飞数据对自转下滑指标进行了理论计算,最后设计了模拟自转下滑试飞方法,对试验机进行了模拟自转下滑试飞,给出了模拟自转下滑试飞结果,符合理论计算结果。     

基于STM32的四旋翼飞行姿态串级控制

对四旋翼飞行器飞行姿态的稳定控制问题进行了分析,设计了基于STM32系列微控制器的稳定控制系统。STM32以ARM Cortex-M3为内核,拥有强大的运算能力,作为四旋翼飞行器的飞行姿态控制器的主控芯片。采用四元素融合滤波算法对陀螺仪和电子罗盘等多传感器采集的数据进行飞行姿态解算。结合串级PID控制算法实现四旋翼飞行姿态控制系统设计。仿真及实验结果表明该控制系统符合设计要求,达到了对四旋翼飞行器飞行姿态稳定控制的目的。验证了基于STM32的串级飞行姿态控制的有效性,为后续研究奠定了基础。     

特征点提取算法比较及四旋翼平台验证

针对视觉导航中存在的图像特征点提取精度与用时之间的矛盾,对几种常用的特征点提取算法(Harris,SIFT,SURF)进行了论述,并针对SIFT算法和SURF算法进行了比较,同时搭建了四旋翼验证平台,利用四旋翼实验平台,针对自然环境中的实物测试了上述两种算法的提取精度与用时,结果表明SURF算法是视觉导航中综合考虑匹配的正确率及实时性的较优选择.     

森林环境下的无人直升机安全飞行控制

针对森林环境下受扰无人直升机的高度和姿态约束控制问题,提出了一种安全跟踪滑模飞行控制方法.为了使无人直升机躲避树木高度威胁并保持期望的飞行姿态,考虑无人直升机的高度和姿态约束,利用误差性能转换函数方法对约束进行处理.基于回馈递推方法和滑模控制方法设计了无人直升机的鲁棒跟踪控制方法,并采用李雅普诺夫稳定性分析方法证明了所有闭环系统信号的收敛性.仿真结果验证了所设计安全滑模飞行控制方法的有效性.     

四旋翼直升机齿轮箱体的有限元分析

针对传统直升机存在的一些问题,本课题研究了一种新型的四旋翼直升机。建立了箱体受力模型,分析了齿轮箱的受力情况。采用ANSYS有限元软件对比分析计算了箱体在使用45钢材质和7075铝合金材质的强度和刚度。验证了结构的可靠性,为箱体的优化减重设计提供了技术支持。     

基于改进人工势场法的多无人机三维编队路径规划

针对传统人工势场法的障碍物附近目标不可达、存在局部极小点和振荡的问题对势场函数进行分析和改进,以保证目标点为势场的全局最小点。在动态势场中,引入是否陷入局部极小点的判断机制,并结合一种“沿目标方向90°移动”的方法来跳出局部极小点,实现多无人机编队的路径规划、协同避障和防碰撞。利用回归搜索法来对路径进一步优化。MATLAB的仿真结果显示,该方法有效地弥补了传统人工势场法的不足,提高了人工势场法的实用性。     

基于ZG方法的悬挂负载直升机零振荡悬停控制

能够空投并高效地完成起降、装卸货物,是悬挂负载直升机重要的优点。欲使直升机成功并安全地实现货物装卸,需要直升机成功到达目的地,而且悬挂负载直升机飞行时悬挂物不发生振荡。为了实现悬挂负载直升机的零振荡悬停控制,基于ZG方法,在悬挂负载直升机简化数学模型基础上研究零振荡悬停控制问题。首先通过使用ZG方法对数学模型进行处理,得到相应的控制公式。然后创新性地引入参数的可变性,得到了辅助控制公式,并结合得到了控制器公式组。最后在MATLAB平台上进行计算机仿真,仿真结果验证了该控制器的有效性和精确性,进而证实了ZG方法对于实现悬挂负载直升机零振荡悬停控制的可行性和有效性。     

直升机/发动机综合控制的发展及技术特点

对直升机/发动机（简称直/发）综合控制技术的研究需求、发展及现状进行了归纳和分析，讨论了直/发综合抗扰控制与优化控制的方案选择、 技术特点和研究动向，其中着重分析了基于扭矩前馈控制、自适应燃油控制、自抗扰控制、预测控制等手段的综合抗扰控制，以及包含最小油耗、最大功率、最低涡轮温度优化模式的综合优化控制的研究和应用情况. 最后，在总结全文的基础上，提出今后在直/发综合控制研究工作中值得关注的一些问题.