基于Matlab/Simulink的飞行器全数字仿真平台的设计

针对飞行仿真的研究通常会忽略仿真模型或平台的通用性、可重性及互操作性等问题,采用对所设计仿真平台的功能进行详细划分和描述,构建总体仿真系统框架的措施来解决这些问题.首先,在Matlab环境下建立飞行器全数字仿真平台,利用该平台可以进行动力学分析、飞行控制系统设计及航迹规划等不同任务.其次,利用MATLAB提供的GUI接口实现人机交互界面的设计的设计.所设计平台模块的划分相对独立,人机交互界面可修改飞行器的相关信息,具有较强的通用性.     

四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制

为了解决四旋翼飞行器的飞行控制问题,对四旋翼飞行器进行了动力学建模,并在动力学建模的基础上设计了PID控制器.通过Matlab/Simulink仿真和飞行试验对所设计的PID控制器的有效性进行了验证,仿真结果表明:在所设定的PID参数下,控制器可以有效地完成四旋翼飞行器的自稳定控制.飞行试验结果表明:PID控制器可以有效地校正由于杂乱气流等扰动造成飞行角偏移.该成果对四旋翼飞行器的自稳定控制具有一定的参考价值和指导意义.     

微小型变体飞行器建模与控制系统设计

研究了机翼可后掠变形的微小型变体飞行器动力学建模和飞行控制系统设计方法. 通过状态点选取、气动参数计算和数据拟合插值,建立了变体飞行器的动力学模型. 针对模型的特点,提出了一种以参数空间方法为基础的变体飞行器飞行控制系统设计方法,通过计算机辅助算法,设计了纵向通道控制系统. 仿真结果表明,所设计的公共固定增益控制器能够使得变体飞行器在不同飞行阶段始终具备要求的动态特性,具有可行性和工程实用性.      

PID/ADRC控制器在四旋翼无人飞行控制中的应用

讨论了四旋翼无人飞行器的飞行控制问题,根据四旋翼飞行器的机理建立了运动模型和电机模型,并设计了控制系统.针对建模的不准确性,该控制系统内环回路采用自抗扰控制(ADRC)方法,外环回路采用经典PID控制方法.最后对控制系统在Matlab/Simulink平台上进行仿真,从仿真结果来看,ADRC控制能较好地对系统内扰以及外扰进行估计补偿,减轻了建模工作的负担,并且该控制系统可使四旋翼无人飞行器实现小角度姿态、位置控制、到达指定位置,表明该控制方案是有效的.     

《飞行控制系统》课程实践教学体系建设

阐述了《飞行控制系统》专业课理论教学中存在的问题,针对本校飞行器设计专业学生的不同层次学习需求,对本课程实践教学体系建设进行分类思考,提出了以飞行模拟实验台为平台的逐层推进的飞行器控制系统实践教学体系方案,在教学中获得了较好的效果。     

分层混杂式MAV飞行控制系统虚拟样机设计

为克服微型飞行器(MAV)物理样机设计周期长、代价高、效率低的缺点,在搭建的飞行控制系统虚拟样机(FCS-VP)设计支撑平台上,基于SysML和Simulink设计了某型MAV的具有任务调度管理层、动作规划层和基本控制层3层混杂结构的FCS-VP.仿真实验表明,所设计的FCS-VP能够从结构、功能、行为、性能等角度模拟真实MAV的FCS,并支持后期飞行控制软件的模型驱动开发,提高MAV物理样机的设计效率.     

微型扑翼飞行器虚拟设计与飞行仿真系统开发

介绍微型扑翼飞行器虚拟设计与仿真系统的总体结构和各功能模块的实现.根据拟合的仿生公式进行微扑翼飞行器的仿生学初步设计,进而建立了飞行器的三维结构模型,并根据飞行器的结构与扑翼运动规律进行了运动仿真.由飞行器的几种典型任务确定飞行模式,在建立飞行器动力学模型的基础上进行飞行姿态控制.采用随机分形技术生成具有真实感的地形,由此讨论了飞行器虚拟飞行过程中的静态与动态模拟方法.     

V/STOL飞机建模与仿真分析

以原理验证机为背景,建立了无尾布局垂直/短距起降飞行器的数学模型,并通过智能自适应方法对其进行了闭环飞行控制,控制量通过控制分配合理的协调各操纵面,最后在MATLAB7.0/Simulink环境下通过数值仿真进行了验证。结果显示,该平台具备垂直/短距起降能力和较好的飞行性能。     

微小卫星编队飞行仿真平台设计

为了进行微小卫星编队飞行设计,设计了一个仿真平台。该仿真平台由两颗模拟卫星和控制中心组成,通过星间RF设备和网络控制器形成三节点星间网络,并可以根据需要增加模拟卫星的数量。模拟卫星载有多个物理的敏感器和执行器,能够对其性能进行测试。在此平台上设计了双星主从控制、双星协同控制、三星主从控制、三星协同控制、单星失效模式等多种控制策略。通过GPS伪距差分技术进行相对定位外场实验,给出了编队飞行控制仿真所需的相对定位精度,同时也验证了星间网络的功能和可靠性。     

扇翼飞行器纵向运动建模与控制方法

扇翼飞行器是近年来发展起来的一种新型大载荷低速飞行器,在机翼上安装风扇吹气装置,将升力和推力结合起来,大大提高了飞行器的飞行效率,在民用和军事上都具有很高的应用价值.以某型扇翼飞行器为研究对象,在分析其结构特点和飞行原理的基础上,建立扇翼飞行器的纵向数学模型;并采用计算流体力学工具FLUENT模拟风洞试验确定数学模型中的各个参数,分析了自然飞机的系统性能;建立起的纵向模型为控制对象,采用易于工程实现的PID算法,并在Matlab下对控制律进行仿真实验,仿真结果表明了该控制律的有效性.     

嵌入式封锁子弹药设计方法研究

为解决封锁航母甲板用嵌入式子弹药的设计问题,以子弹药使用平台为约束条件,采用毁伤概率计算分析方法,获得了子弹药数目与单枚子弹药基本结构的匹配关系,采用有限元数值模拟分析方法,获得了子弹药的具体结构.研究结果表明,设计的子弹药结构可实现嵌入航母飞行甲板的战术功能,封锁航母飞行甲板,摧毁其战机投放能力.     

小型单旋翼无人直升机系统的设计与实现

针对无人直升机动力学建模与飞行控制方法研究的问题,构建了一个由空中飞行平台、数据传输设备以及地面监控平台组成的小型单旋翼无人直升机验证系统.系统中空中飞行平台由Raptor-50型直升机和自主研制的飞行控制系统组成,可以实现不同飞行模态下飞行状态的测量与记录功能;数据传输设备完成小型单旋翼无人直升机机载电子设备与地面站间的通讯传输功能.地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能;地面监控平台用于监控飞行状态以及实现人机交互等功能.通过实际的飞行测试,所构建的系统能够满足小型单旋翼无人直升机系统建模与控制方法的研究内容对系统性能的要求.     

无人机飞行模拟仿真平台设计

为提高飞行控制算法的研发效率,降低研发成本,基于数字孪生技术设计一个无人机硬件在环飞行模拟仿真平台。从几何、物理和行为3个方面研究无人机数字模型构建方法,将物理实体以数字化方式呈现。设计一种多元融合场景建模法,依据属性相似归一原则进行建筑物划分,编制建模规则,研究曲面数量优化方法,在虚幻4引擎(unreal engine 4,UE4)中整合建筑物模型和高程图,创建真实地形地貌的三维可视化飞行场景。以四旋翼无人机F450为例,与飞行试验的对比结果表明,该平台满足了飞行模拟的实时性和稳定性要求,跟踪曲线误差小于2%,对后续控制算法优化和复杂应用场景试飞具有重要的应用价值。     

面向网络的实时飞行模拟系统模型

为提高培养飞行员的效率和质量,节约费用,从整体上设计并实现了一种实时的、面向网络的飞行系统仿真模型。为了使其具有通用性及实时性,采用数据驱动方式,并通过使用稳定系数方式单独设计了一种适用的空气动力的数学模型。通过简单的配置用XML(extensib le M arkup Language)格式描述的配置文件,可以同时模拟各种类型的飞机飞行驾驶,为飞行员的飞行模拟训练提供了仿真平台,模型的建立方法可以为同类设计和研究提供借鉴。实践证明,本模型在通用性、实时性以及仿真度等方面基本符合要求,应用此模型实现了某种国产初级教练机的仪表飞行系统,并被应用于飞行员的仪表飞行训练中。测试结果表明,如果不加控制信号,飞机能保持平飞状态达30 s以上。     

基于LQG/LTR控制的大型客机飞/推综合控制研究

为了提高大型客机飞行的安全性,使其能在大气紊流中平稳飞行,基于线性二次高斯/回路传输恢复（LQG/LTR）方法设计了大型客机飞/推综合控制器。LQG/LTR方法以分离原理为核心,通过设计一个卡尔曼滤波器和一个最优反馈控制器来实现系统输出精确跟踪参考输入,且满足性能指标 最小,常用来处理有随机噪声干扰情况下的状态反馈。以某大型客机为对象进行仿真验证,仿真结果表明,所设计的LQG/LTR大型客机飞/推综合控制器具有良好的控制效果,能够在大气紊流条件下提高飞行的安全性。     

变结构滑模飞行控制

飞机飞行的范围广泛，复杂，不可能得到精确的飞机数学模型，所以，常规的控制理论应用于飞行控制，效果不佳，模型跟踪变结构控制理论不依赖数学模型，而能对理想模型进行跟踪，使飞机具有良好的性能，本文研究了变结构滑模控制在飞行控制系统的应用，首先，对滑模进行极点配置，使滑模有良好的动态特性，设计了一个比例积分切换超平面，确保消稳态误差，采用饱和控制技术，消除了抖振现象，对系统进行了数字仿真，表明系统不仅实现了无抖模型跟踪，而且具有很中的鲁棒性。     

基于航迹特征的飞行程序噪声预测研究

针对目前飞行程序减噪设计的需要,研究了民机的航迹特征,选取了声暴露级（SEL）作为单个事件的飞机噪声评价指标,并在研究飞行程序特点的基础上,结合飞机噪声性能（ANP）数据库和NPD噪声计算方法,建立了一套基于航迹特征的离场飞行程序噪声预测方法。以某民用机场的离场程序为例,绘制出噪声等值线图,验证了方法的可行性。实例证明,该方法可以量化预测飞行程序的噪声影响,规范了飞行程序噪声预测的方法,可以为减噪飞行程序设计提供参考。     

基于流场显示技术的冰污染平尾失速试飞技术

飞机结冰后的平尾失速(冰污染平尾失速)问题严重威胁着飞行安全。为深入研究飞机结冰后的平尾失速敏感性、建立优化的试飞状态矩阵,国内首次将流场显示技术应用于某型飞机带模拟冰型条件下的平尾失速敏感性验证试飞中。基于试飞中的流场特性和载荷响应,研究了试验飞机的平尾失速特性及失速裕度,对比分析了不同冰型、不同襟翼偏度、不同重心状态下飞机的平尾失速特性,建立了优化的试飞状态矩阵。结果表明：利用流场显示技术可以直观、有效地判断飞机结冰后的平尾失速敏感性以及临界试飞状态,对飞机气动设计的优化及试飞效率的提高具有重要意义。     

基于航道3段越障的民用运输机障碍物限制起飞重量计算模型

为研究障碍物对民用运输机最大起飞重量的影响,根据飞机在空中的受力特点及CCAR25-R4的要求,建立了基于航道3段越障的障碍物限制起飞重量的计算模型.模型根据飞机的空中运动方程推导出飞机总航迹和净航迹,再由净航迹的垂直高度与障碍物的高度之间的关系判断飞机是否可以安全越障.计算分析了计算步长、障碍物高度、顺逆风对最大起飞...