小型无人直升机建模与分析

由于小型无人直升机具有不同于大型直升机的独特特点,提出采用结构分析法推导小型无人直升机的数学模型.将小型直升机看作2个刚体（机体和主旋翼）,借助Kane方法推导了小型直升机的动力学模型,并与单刚体建模进行了比较.分析表明,2种建模方法的运动学方程和平移动力学方程相同,但旋转动力学模型完全不同.采用2种刚体所建模型的响应具有余弦规律而单刚体所建模型则呈线性规律.飞行试验验证了模型的有效性.     

无人武装直升机火力控制系统技术分析

该文结合无人武装直升机的作战任务,给出其火控系统功能、组成和结构框架,对相关火控关键技术进行分析,提出在该领域应重点开展的研究项目,用于支持未来无人武装直升机火控系统的研制和作战使用.     

无人纵列式直升机建模与仿真

当前无人机在各个领域正在发挥着越来越重要的作用。针对清华大学无人机研究的需要,首先分析了无人纵列式直升机的气动布局和操纵特性,建立了旋翼和直升机的数学模型,推导出控制量与飞机飞行状态的关系,实现了在PC机上实时仿真无人直升机的飞行状态及控制响应。仿真结果较好地反应了纵列式直升机的控制特性,在小扰动情况下的控制效果与直升机的实际飞行状态非常接近,实时仿真得到的控制响应和飞行状态数据为无人直升机的飞行控制系统的研究提供了依据。     

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DSP的无人直升机舵机控制器设计

采用双余度构型对舵机控制器进行设计,分为两个通道,分别是主控通道和备用通道。两个通道无论是硬件构成还是功能逻辑都非常相似,主备通道的基本控制功能和监控功能是完全相同的,舵机控制器工作时,主备通道同时工作,但仅有主控通道进行控制输出,备用通道不输出,相当于热机备份。主通道发生故障时,将通道1的驱动线路断开,将备用通道的驱动线路接通,并将故障上报至飞控计算机,备用通道发生故障时,只将故障上报至飞控计算机。     

一种小型无人直升机测控系统设计

该文介绍了一种小型无人直升机测控系统组成和功能的实现过程,依据飞行原理和飞控数学模型设计了一种小型无人直升机测控系统,并将其应用在实际工作中,为后续无人直升机系统的研究工作提供了参考依据。     

小型无人直升机悬停状态下的系统辨识

提出了一种渐消记忆的最小二乘逐状态辨识算法,相对原来利用最小二乘进行无人直升机矩阵辨识的方法,该算法能极大地减小计算量,降低计算的复杂程度以提高计算过程的稳定性.并采用该方法建立了小型无人直升机系统的ARMAX模型和MIMO模型,还通过仿真对2种模型做了对比,结果显示MIMO模型能更精确地描述小型无人直升机系统.     

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 (computationalfluid 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。     

微型无人直升机旋翼操纵机构设计及分析

针对微型无人直升机体积小、载重量轻的特点,论述了一种利用惯性力的作用和材料的弹性性能对旋翼进行操纵的机构。该机构对电机驱动力矩的变化反应灵敏,能够满足控制微型无人直升机各种飞行模态的需要。考虑离心力的影响,应用Hamilton原理建立了桨叶的摆振运动方程,并用广义Galerkin法对方程进行求解,分析了微型直升机旋翼桨叶变速度旋转时在摆振平面内的弯曲振动。结果表明:轴心到桨叶根部的回转半径和旋翼的变速度回转对桨叶变形有影响;旋翼初始回转角速度对桨叶的摆振频率有影响。     

基于模糊PID的无人直升机悬停控制技术研究

小型无人直升机凭借良好的机动特性,在军事和民用方面有着广泛的用途.为了抑制阵风对无人直升机悬停状态的干扰,以悬停状态的横向位置控制为对象,分析了典型PID悬停控制特点,设计了一种加入前馈的模糊PID控制策略.该策略通过在横滚角回路加入加速度前馈环节,抑制初始时刻的扰动;并根据直升机悬停特性制定了模糊规则,利用模糊推理在线调节PID参数,实现横滚角自适应控制.仿真实验结果表明,本文提出的自适应控制策略抑制阵风能力强,动静态性能均优于经典PID控制.     

基于主动建模的无人直升机增强LQR控制

为了解决无人直升机控制问题,通过把主动建模与LQR(Linear Quadratic Regulator)控制相结合,提出一种能补偿模型差的控制方法。该方法在悬停状态下,采用简化模型设计LQR控制器,并通过UKF(Un-scented-Kalman-Filter)在线估计简化模型与全状态模型的模型差,使用模型差作为补偿项对LQR控制增强。针对实际直升机动力学模型进行仿真,验证了基于UKF的估计和增强LQR控制的有效性。仿真实验结果证明,基于UKF的主动建模技术能够快速估计状态和参数变化,并且增强LQR控制能够使系统适应模型不确定性。     

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.     

无人直升机的自适应动态面轨迹跟踪控制

针对无人直升机模型阶数较高、负载变化大等问题,提出了一种基于自适应动态面的控制方法.该方法用一阶线性滤波器来估计虚拟控制信号的导数,显著简化了控制器的设计过程.此外,通过对无人机重量的自适应在线估计,保证了闭环系统在有负载变化下的稳定性,并基于李雅普诺夫稳定性理论,证明了轨迹跟踪误差半全局一致最终有界.最后,通过仿真实验进一步证实了该方法的有效性和可行性.     

大载荷植保无人直升机近地飞行流场模拟

为了研究大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场的特征,建立了FR-200植保无人机三维实体模型,并对计算区域进行网格划分,采用SST k-ω湍流模型计算了大载荷植保无人直升机近地飞行流场.结果表明:大载荷植保无人直升机近地飞行时下洗流场由于受到机身阻挡的作用,在机身正下方位置处速度分布较为紊乱;下洗流场的主要运动形式为垂直向下运动,旋翼正下方沿旋翼方向速度先增大后减小,在y/R=0.8附近速度到达最大;植株冠层处风场随着飞行高度的降低,风场宽度增加,获得较佳的飞行高度为H=4 m;大载荷植保无人直升机喷杆垂直方向安装在z=-1.50 m至z=-2.00 m之间,飞行方向安装在x=-0.50 m至x=0.50 m之间.     

浅谈无人直升机在输电线路工程中的应用

本文根据现今科技趋势发展和环境变化,探讨了无人直升机在电力线路工程领域的应用,并通过实践经验,结合实际机型设备,对无人直升机在电力线路应用前景、优缺点等方面作出了分析,并就如何实现无人直升机在输电线路工程应用作出了建议,并为工程用无人机的选择提供了数据参考。     

基于Takagi-Sugeno模糊模型的小型无人直升机系统辨识

提出了一种基于非线性系统模糊辨识建立小型直升机动力学特性模型的新方法,分析了小型直升机的4个舵机输入和位姿变量、运动变量的模型.设计实验采集和预处理得到辨识和验证所用的数据.通过辨识航向通道的动力学模型来说明模糊辨识在小型直升机建模中的可行性和有效性,并通过与最小二乘法辨识结果比较,表明该模糊辨识建模方法具有建模简单、模型精度高等优点.研究结果对小型直升机系统的建模和控制具有一定的实用价值.     

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.     

基于动力学模型的小型无人直升机自主飞行控制算法

引入小型无人直升机简化动力学模型,阐述了简单、高效的MTC(Model and Trajectorybased Controller)控制算法.基于该算法所实现的飞行控制算法包括两部分:基于转动动力学模型的直升机姿态控制和基于二次积分关系的位置控制.所设计的MTCV算法包含具有良好鲁棒性的位置控制及速度控制功能,并可用于直升机多航点路径的不减速连续飞行控制.仿真实验和实际飞行控制实验结果表明,本飞行控制算法具有有效性和实用性.     

小型无人直升机增稳动力学建模与姿态系统优化

对某小型无人直升机的增稳动力学进行了精确的建模,鉴于稳定杆对飞行动力学有很重要的影响,本文对旋翼和稳定杆系统分别进行建模.通过仿真的比较和分析表明,稳定杆引起了姿态系统的小阻尼和峰值,采取加入陷波器的方法进行补偿,使姿态系统的性能得到了明显的优化.     

小型无人直升机在特高压线路架线中的应用探索

小型无人直升机作为动力设备,既有一般直升机的灵活操控性,又具备体积小,重量轻,无人操作,安全风险小、效率高等特点,已被得到广泛应用。在输电线路工程实际运用中解决了河流封航、进度、安全、环境破坏的关系,降低了施工费用。