轻于空气的飞艇纵向运动的分析及仿真

介绍了我国自主研制的轻于空气的飞艇，给出了其线性化的纵向运动状态方程。在此基础上，对该飞艇的纵向扰动运动进行了稳定性和能控性分析，指出其是不稳定的，但完全能控。将飞艇的纵向扰动运动分成3个特征模态，以便于清晰地分析其运动特性。     

飞艇森林巡防轨迹跟踪的滑模控制

为实现无人飞艇在森林巡防时的轨迹跟踪控制, 针对飞艇飞行运动的非线性、 耦合等特点, 提出一种滑模控制方法。基于牛顿第二定律等定理推导飞艇巡防飞行的精确数学模型, 并通过选取状态向量和控制向量, 将其数学模型描述为非线性控制系统。通过泰勒级数展开将非线性系统简化为线性系统, 并设计滑模控制律, 同时采用饱和函数的方法抑制了滑模控制中的抖振问题。基于Lyapunov稳定性理论证明了所设计控制系统的稳定性。仿真结果表明, 该方法的轨迹跟踪效果较为理想, 可实现无人飞艇对期望轨迹的精确跟踪。     

基于自适应Backstepping方法的无人飞艇纵向受限控制

针对无人飞艇受扰纵向运动难以控制的特点,提出了一种基于自适应Backstepping方法的鲁棒受限控制方法.首先对于飞艇模型中的外部时变干扰,采用参数自适应方法进行有效的处理.然后在无人飞艇飞行控制器设计时,明确考虑到非对称输入饱和限制的影响.引入一个辅助分析系统,对无人飞艇输入限制的影响进行有效分析.同时将辅助分析系...     

飞艇三维航迹控制研究

研究了在系统存在不确定性或外界干扰的情况下飞艇的三维航迹控制问题.根据飞艇空间运动数学模型的特点,基于滑模变结构控制关于不确定因素的不变性,采用不确定仿射非线性系统在满足匹配条件下输出解耦变结构的控制方法,设计了飞艇的三维航迹控制律.仿真结果表明,在系统存在不确定性或外界干扰的情况下,仍可使飞艇按照规划的航迹飞行.     

无人机纵向控制律设计以及纵向轨迹跟踪仿真研究

利用经典PID理论设计无人机纵向双通道控制律,用以跟踪能量状态法优化出的无人机纵向最优轨迹。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。再利用经典PID理论对无人机纵向运动的俯仰回路和推力回路进行控制律设计。然后通过能量状态法优化出一条无人机纵向爬升、巡航和下降的最优轨迹。最后,用MATLAB进行轨迹跟踪仿真计算。仿真结果表明,设计出的控制律可以很好的跟踪优化出的最优轨迹,并且节油效果良好。     

基于自抗扰控制的SWATH船纵向运动控制

针对具有非线性、强耦合性及参数不确定性的小水线面双体船(small water-plane area twin hull,SWATH)纵向运动多变量控制系统,采用自抗扰控制(active disturbance rejection control,ADRC)多变量解耦控制方法设计鲁棒镇定控制器.ADRC主要特点是实时估计对象模型摄动和外扰的总和作用量,并在控制回路中加以补偿,实现对象的实时动态反馈线性化.建立了某型号SWATH纵向运动ADRC多变量解耦控制系统,并与线性二次型调节器控制效果进行比较.数值仿真表明,该控制器对模型的不确定性和外部扰动具有较好的鲁棒性和适应能力.     

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。     

高空飞艇高度控制系统设计及仿真

高空飞艇在上升和下降阶段时单独的空气舵控制或副气囊充放气操纵都难以实现飞艇的快速爬升和悬停的要求。针对高空飞艇纵的控制操纵特点,提出了采用副气囊充放气和空气舵组合控制的高空飞艇高度控制方案。当时高度存在大误差时,采用副气囊和空气舵组合控制改变飞艇的姿态实现快速爬升或下降;当接近悬停高度时,主要采用副气囊充放气进行高度调整,从而实现高度的大范围控制。首先完成了采用组合控制的高空飞艇动力学建模;然后,基于最优控制对高空飞艇纵向高度控制系统进行了设计;最后给出了高空飞艇高度控制系统的仿真验证。结果表明所提出的高空飞艇组合控制方案是可行的。     

基于轨迹线性化的无人水面艇航向控制与验证

为解决无人水面艇在真实海洋环境中的航向跟踪与保持的精确控制问题,以"蓝信"号无人水面艇为研究对象,辨识模型参数,然后建立操纵运动模型,设计并验证了一种快慢回路时标分离的基于轨迹线性化的无人水面艇航向控制方法.考虑到未建模动态以及海洋环境干扰对无人水面艇运动的影响,将非线性干扰观测器与轨迹线性化控制相结合,提出一种基于非...     

挠性多体卫星姿态动力学与控制

三轴稳定卫星挠性附件的弹性振动和刚性部件的转动与卫星的姿态运动构成耦合的强非线性系统,因此须设计有效的控制律。该文研究了采用反作用飞轮作为执行机构、带有柔性附件和刚性转动部件的整星零动量三轴稳定卫星的姿态解耦控制问题。导出了卫星的多体系统动力学方程,并给出了部分线性化的形式。进一步利用反馈线性化方法将非线性耦合系统解耦,然后对线性化的系统模型进行状态反馈解耦和极点配置。数值仿真结果表明,该文所设计的控制方法具有很高的姿态控制精度和稳定度。     

考虑附加质量的浮升混合飞艇运动分析

浮升混合飞行器体积巨大,质量与排开周围空气的质量比值较大,导致其附加质量效应明显,需要在分析时考虑其附加质量的影响。借助自编译UDF的六自由度刚体运动程序进行加速运动流场的瞬态计算,采用CFD方法得到复杂外形的浮升混合飞行器附加质量矩阵。飞行器受到扰动时,模型本身的所受扰动趋于收敛,但由于附加惯性力的存在,不同情况下的运动状态量都会存在一定程度的振荡延迟,前向速度u和俯仰角速度q变化表明无论是否考虑附加质量效应,垂向突风对这两个量影响都较小。另一方面,对于垂向速度和俯仰角而言,这两个状态量受到附加质量效应影响会导致振荡趋势变大。附加质量效应对浮升混合飞行器的操纵性有着明显的影响 。对于前向速度和俯仰角,附加质量效应使得其操纵响应变得缓慢,而俯仰角速度振荡趋势变大。     

柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段力学性能分析

为了揭示柔性飞艇主气囊不稳定构型阶段的力学性能,首先基于迭代薄膜性能法(IMP)编制可分析薄膜褶皱的子程序,通过对比不同单元类型充气管变形结果,找出一种合理的单元类型进行不稳定构型主气囊模拟.在此基础上,以9m柔性飞艇主气囊简化模型为对象,对简化模型在不同约束状态下不稳定构型阶段外形及应力进行分析.研究表明:气压梯度和模型约束是柔性飞艇主气囊在不稳定构型阶段力学性能的重要影响因素,模型从稳定构型到不稳定构型阶段开始的一段时间,形状变化不大,中间阶段模型发生较大的形状改变.不稳定构型阶段在约束部位较稳定构型时更容易发生强度破坏.研究结果对柔性平流层飞艇主气囊结构设计具有参考价值.     

基于信息融合的大飞艇自适应姿态解算算法

现有计算大飞艇姿态角的平衡滤波算法虽然融合了加速度和角速度信息,但其未对加速度的适用条件进行分析,从而导致了积累误差和动态解算准确性问题.针对该算法的不足,提出了根据飞艇的不同运动状态来调整姿态解算算法的融合加速度和角速度数据的自适应姿态解算算法,并通过Matlab实验验证了算法的有效性.实验结果表明,该算法有效地解决了平衡滤波算法的不足,通过引入SMV(signalmagnitudevector,信号量向量),使大飞艇的运动状态得到了准确判断,从而使积累误差问题得到了有效改善,同时提高了大飞艇的动态解算准确性.     

四轮转向汽车的非线性模型及其动力方程

针对四轮转向系统建立一个实用的车辆多自由度非线性动力学模型并导出相应的动力学方程，反映实际结构的主要因素对汽车运动的影响．该模型具有更为广泛的适应性，可以用于汽车紧急机动时横向加速度较高情形下的动力分析，为车辆稳定性等方面的分析提供了更为精确的模型，该分析模型对工程实践具有指导意义。     

五体船侧体布局对纵向运动性能的影响

针对五体船前后侧体的不同位置，分析了侧体布局对五体船纵向运动的影响.采用Rankine面元法计算了五体船在规则波中前后侧体12种布置方案下的纵向运动响应RAO，分析了前后侧体纵向、垂向位置变化对船体运动的影响规律.考虑非线性因素，在非规则波中计算了五体船运动响应时历，比较了高、低航速时侧体位置变化对运动响应有义值的影响特点.分析结果表明：五体船前后侧体布局对运动的影响与航速密切相关，后侧体在低航速时靠近船中布置、高航速时靠近船尾布置更有利于减小船体垂荡运动；通过降低前侧体垂向高度和靠近船首布置有利于减小五体船垂荡和纵摇运动.     

四轮转向非线性侧向动力学模型

基于Pacejka轮胎模型,建立了包括纵向运动的三自由度四轮转向侧向动力学非线性模型。通过单移线、双移线以及蛇行试验与仿真,结果表明,对应变量的测量值与仿真值在时域范围内变化趋势一致且吻合程度较高。这表明所建立的非线性侧向动力学模型对试验样车侧向动力学特性的模拟是成功的,该模型可以用于汽车侧向动力学特性及其控制的研究工作。     

考虑组分相互作用的飞艇蒙皮材料力学模型

平流层空间空气稀薄,昼夜温差变化剧烈,巡航状态的平流层飞艇需要承受较大的循环压差载荷。蒙皮作为平流层飞艇的主要承力结构,其材料力学性能直接影响着飞艇的使用性。针对蒙皮材料层压结构特点,构建其细观结构模型。通过研究拉伸过程中纤维纱束与基体和膜层的相互作用,指出承力方向纤维纱束的变形过程分为弯曲状态逐步拉直和产生伸长形变两个阶段。建立了蒙皮材料拉伸过程的非线性力学模型;并通过与准静态拉伸试验获得的材料应力-应变曲线进行对比分析,校验了模型的准确性并分析了模型参数的改变对材料力学性能的影响,为平流层飞艇蒙皮材料结构优化设计提供依据。