双变量协同的无人直升机发动机恒转速滑模控制

针对无人直升机发动机恒转速控制问题,提出了一种油门/点火提前角双变量协同调节的恒转速滑模控制策略.发动机输出扭矩控制是恒转速控制问题关键的一环,而油门开度和点火提前角作为调节发动机输出扭矩的两个变量具有不同的特点.油门调节虽然调节范围宽,但是响应较慢,易受时滞效应的影响而产生超调现象;点火提前角响应较快,但是调节范围有限.将二者的优点结合起来实现协同控制,可以进一步加强恒转速控制效果.为实现此目的,对发动机进行了数学建模,并基于该模型和滑模控制设计了协同控制策略.该策略包括点火提前角优先调节的主逻辑和点火提前角回归逻辑.最终通过仿真和试验验证了控制策略的效果.仿真结果显示:负载突变时,双变量协同滑模控制器相较于传统PID控制器,转速误差减小61%;同样基于滑模控制,双变量协同控制相较于双变量分离控制,转速误差减小21.4%;存在负载扭矩干扰或进气压力波动时,双变量协同滑模控制的转速稳定性也优于其他两种控制方式;整机系留试验中,双变量协同滑模控制的转速波动范围比双变量分离滑模控制小24%,比传统PID控制小62%.经过多次系留试验观测,使用双变量协同滑模控制,可使转速波动范围在±70 r...     

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.     

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.     

无人直升机鲁棒积分滤波反步法飞行控制设计

现有的无人直升机模型具有阶数高、精确建模困难、外部干扰大等缺点,因此,设计常规反步控制器面临着计算量大、抗干扰能力不足、轨迹跟踪效果差等问题.为此,文中提出了一种基于鲁棒积分滤波反步法的无人直升机飞行控制方法.该方法采用滤波器对虚拟控制量进行求导,以解决反步控制器的微分爆炸问题;通过引入积分项和不连续的鲁棒项来提高闭环系统的抗干扰能力,消除轨迹跟踪静态误差.理论分析和仿真结果表明,该方法是有效、可行的.     

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.     

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.     

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.     

无人直升机纵、横向姿态建模与稳定控制

在实际飞行中设计调整小型无人直升机控制器存在很多危险,为了达到小型无人直升机的姿态稳定控制,设计小型无人直升机试验平台.通过试验,采集控制器输入信号和相应无人直升机飞行姿态角信号,提出了动态系统辨识模型,运用神经网络对所提模型进行了辨识.应用输出反馈实现姿态的稳定解耦控制,仿真结果验证了辨识模型和控制算法的有效性.     

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.     

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.     

基于LPV模型逆的无人直升机中低速巡航控制

为了提高无人直升机闭环控制系统的动态带宽,从非线性标称模型中通过动态线性化得到变化参数为前进比的线性参数变化模型,以此构造模型逆控制器。这种控制器综合方法分为姿态和速度共内外两层结构,并且可以有效地实现各级动态指标。通过借用非线性标称模型构建的闭环系统仿真表明:这种控制器综合方法在无人直升机从悬停到低中速前飞的动态范围中有令人满意的控制效果。     

基于非线性干扰观测器的直升机滑模反演控制

针对3自由度直升机俯仰控制系统,提出一种基于非线性干扰观测器的滑模反演控制方法. 用一种非线性干扰观测器观测系统的不确定性和外界干扰,通过选择设计参数,可以使观测误差指数收敛. 对引入非线性干扰观测器后的系统采用滑模反演法设计控制器,控制律的设计保证了闭环系统的稳定性,从而达到对直升机俯仰系统跟踪控制的目的. 仿真结果表明,该方法能够较理想地观测干扰,减小控制器的输出,改善系统的控制性能.     

基于自适应逆控制方法的小型四旋翼无人直升机姿态控制 

以上海交通大学工程训练中心运动控制实验室自行研制的小型四旋翼无人直升机为研究对象,搭建了姿态控制实验系统.根据牛顿 欧拉方程建立了小型四旋翼直升机的动力学模型,首次将自适应逆控制（AIC）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控制.仿真结果和实际飞行实验表明,AIC方法在小型四旋翼直升机姿态控制中具有很好的实时性和鲁棒性.     

小型无人直升机的双时标鲁棒控制系统设计

针对小型无人直升机,提出一种双时标鲁棒飞行控制器的设计方法.首先根据小型无人直升机模型的特点和时标分离思想,将快速变化的姿态控制回路作为控制系统内环,慢速变化的平移控制回路作为控制系统外环,分别采用基于四元数描述的方法和基于反步法的鲁棒控制完成控制器设计.然后运用Lyapunov方法对所设计的闭环控制系统进行稳定性分析,证明这种双时标飞行控制系统在没有干扰时可以实现跟踪误差的指数收敛.最后对该控制器进行仿真验证,结果表明,在阵风干扰下这种控制器仍然能够保证小型无人直升机实现良好的位置跟踪控制.     

集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计

为发展一种集成旋翼控制的直升机高带宽飞行控制设计方法,基于显模型跟踪控制技术,在反馈控制模块引入旋翼运动信息并采用旋翼/机体控制增益的最优化设计提升直升机动稳定性,采用旋翼前馈增强控制提升直升机操纵频率,提出基于有效跟踪的显模型参数设计方法提升直升机小幅高频和中等幅度姿态控制的操纵品质。最后,基于高阶飞行动力学模型分析直升机操纵品质,结果表明:将旋翼控制用于直升机飞行控制设计能够在保持系统稳定性的同时提升操纵频率,直升机纵、横向操纵响应带宽分别提升18%和10%,纵、横向姿态快捷性分别提升25%和20%。     

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。     

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。     

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.     

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.