飞翼无人机着陆滑跑建模和控制仿真研究

根据无人机在三轮着地滑行时的运动特性,建立了这一阶段的全量非线性模型,并在MATLAB/SIMULINK仿真环境下设计了该模型的仿真系统,加入了防滑刹车控制系统模型,使仿真更接近实际情况。提出了飞翼无人机基于阻力方向舵的滑跑控制方案,针对某飞翼无人机的着陆滑跑控制仿真结果表明,所设计的仿真模型可用;主轮刹车与阻力方向舵协调操纵进行滑跑控制的方法响应平滑,性能良好。     

飞翼无人机地面滑跑建模与航向控制

无人机在地面滑跑阶段的运动特性与空中飞行阶段不同,建立无人机在这一阶段的数学模型,对进一步研究实现无人机安全的自动起降有重要意义。以飞翼布局无人机为研究对象,对其进行详细的受力分析,建立了地面滑跑阶段的非线性数学模型;采用主轮不对称刹车与阻力方向舵协调控制的方案进行无人机滑跑时的航向控制,并在Matlab/Simulink平台上进行仿真,由仿真结果表明模型可用。     

基于Simulink的无人机空中地面一体化建模方法研究

为了解决无人机起降阶段滑跑建模问题,提出了基于Simulink的无人机空中地面一体化建模框架和方法。通过气动作用力和地面作用力在力和力矩这一级的综合,实现了无人机六自由度空中、地面建模仿真的无缝衔接;利用Simulink模型线性化技术,得到滑跑线性化模型;还研究了停机状态的建模问题,实现了无人机空中飞行、地面滑跑、停机的全过程仿真。最终,基于某电动无人机给出仿真试验结果说明了该建模方法的有效性。     

无人机着陆数学模型研究--三轮着地滑行

作为着陆过程的一个阶段,无人机在三轮着地滑行时的运动特性与空中飞行时的特性,以及仅主轮着地滑行时的运动特性有所不同。以国产某型号无人机为背景,根据牛顿第二定律对这一阶段建立了全量非线性模型,由于没有对刚体运动模型和气动数据做线性化处理,因此该模型比较准确反映该无人机的实际运行特性。在MATLAB/SIMULINK仿真环境下设计了该模型的仿真系统,仿真结果表明模型可用。     

带驱动直流电机两轮机器人运动系统仿真

在两轮轮式机器人运动学特性以及直流电机系统的实际响应特性的基础上,分析了实际机器人的各个子系统.根据两轮机器人运动学特性建立了机器人运动模块,采用简化了的直流电机系统模型建立了电机及驱动模块,建立了给定限幅模块.这些模块构成了完整的带双闭环驱动直流电机系统的两轮机器人运动仿真系统.以RoboCup足球机器人系统作为验证平台,将提出的仿真系统、只采用理想运动学模型的仿真系统,带有二阶电机系统模型的仿真系统和实际系统四者的运行结果进行了对比.实验表明提出的仿真系统能更为有效地反映实际系统的运行情况,可以用于实际系统控制算法的仿真设计.     

基于反步法的矢量推力旋翼机建模及仿真研究

结合传统四旋翼无人机与可倾转旋翼机的特点,提出了一种具有矢量推力的四旋翼无人机。该无人机兼具传统四旋翼无人机垂直起降和悬停、可倾转旋翼机高机动性的优点,并可为其指定期望俯仰角和期望偏航角,使其具备了完成多元化任务的功能。控制系统采用分层设计的思想,上层为位置控制系统,下层为姿态控制系统,二者均采用反步法进行控制率设计。仿真实验结果表明,设计的控制系统可靠有效,矢量推力四旋翼无人机可以快速、精确地完成设想的机动动作。     

基于四元数反馈的卫星姿态控制系统仿真模型建立

建立了完整卫星姿态控制系统仿真模型,在该模型中嵌入反作用轮和敏感器模型,使其能从部件级较真实地模拟卫星姿态控制系统.应用误差四元数反馈设计控制律,使控制器具备抗奇点性能,并证明了系统的渐进稳定性.实时仿真实验结果表明:所建立的仿真模型能较真实地反映卫星姿态控制系统的实时控制性能.     

基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制

以固定翼小型无人机的自主着陆控制为研究背景,提出了一种基于光流的固定翼小型无人机自主着陆控制方法。该方法首先在分析固定翼飞行器着陆段运动特性的基础上,将着陆阶段的控制解耦为对飞行器的横向控制和纵向控制,然后以跑道线作为特征,计算其稀疏直线光流场,并结合摄像机模型以及光流场和速度场之间的关系,用跑道线的水平流作为系统反馈,设计控制系统。最后在Simulink环境下搭建动态仿真系统,仿真结果表明,使用本文方法可以有效实现飞行器的自主着陆控制。     

无人机三维编队保持的自适应抗扰控制器设计

针对无人机编队飞行过程中领航无人机在三维空间机动飞行时的编队队形保持问题,构建了无人机三维编队保持控制系统。根据无人机编队飞行三维空间几何学关系,利用无人机自动驾驶仪模型和编队运动学模型建立了旋转坐标系下三维编队飞行的数学模型。在考虑闭环系统存在时变外界干扰的情况下,设计了无人机编队保持的自适应控制器,并基于李亚普诺夫理论,对设计的自适应控制律的稳定性进行了证明。最后通过仿真验证,该控制器能够有效抑制干扰带来的影响,使僚机能够迅速跟随长机机动,并保持编队队形的稳定。     

飞机防滑刹车系统的MATLAB/SINMULINK建模与仿真

综合考虑飞机机体、机轮、轮胎和跑道状况的特性,建立了飞机防滑刹车的滑跑模型。对于刹车系统的非线性和不确定性,难以精确控制的特点,采用模糊控制来解决刹车控制问题。在MATLAB模糊逻辑工具箱中对控制器进行设计,并将模糊控制器与滑跑模型应用于SIMULINK仿真环境,建立整体仿真模型。仿真特性曲线表明:建立的整体模型和应用模糊控制比较合理,飞机的刹车性能良好。     

基于超扭曲算法的无人机动态逆编队控制器设计

针对扰动条件下的无人机编队飞行控制系统,研究了一种将非线性动态逆（nonlinear dynamic inversion, NDI）理论与超扭曲算法相结合的非线性编队控制方法。以其中一架僚机的编队控制器设计为例,在无人机质心动力学和运动学模型的基础上,建立了基于偏差的编队控制系统,从而将编队控制问题转化为僚机的路径跟踪问题;在二阶滑模控制中超扭曲算法的基础上,设计了僚机的NDI控编队控制器,以消除滑模算法中存在的抖振现象,并实现对位置指令的跟踪及干扰的抑制。最后以3架编队无人机构成的编队飞行控制系统为例,对此方法进行了数学仿真,仿真结果表明基于该方法的编队控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于RPPP的无人机自主着舰关键技术研究

在有风浪的复杂海况下，需要自主着舰的无人机与舰船两者相对运动带有极大不确定性，为了提高无人机着舰时相对定位以及控制的精度，确保无人机着舰时的安全性与可靠性，提出一种通过差分对流层误差的相对精密单点定位技术(relative precise point position, RPPP)。该技术仅依靠数据链和载波型卫星定位接收机，消除相同环境下卫星定位相同误差，获得精确相对定位。将比例导引与LQR(linear quadratic regulator)控制器相结合，解决了无人机着舰入射角偏差较大的问题，提高了无人机着舰末段高程方向及入射角度的控制精度。对无人机着舰轨迹进行规划，建立无人机着舰的运动模型，设计无人机着舰横向和纵向的控制律，搭建无人机自主着舰的仿真平台。仿真结果表明，采用上述算法着舰误差控制在0.2 m以下，入射角偏差在10^-3量级，可满足无人机着舰要求。     

空间站展开机构虚拟样机仿真及可靠性分析

柔性机构的运动具有复杂非线性的特点,为了进行柔性机构的运动分析和动态可靠性分析,提出了一种集成仿真环境下建立虚拟样机模型并进行运动仿真的方法。在UG-ANASYS-ADAMS多软件平台上进行动力学分析,利用蒙特卡罗随机抽样方法进行随机动态响应分析。在MATLAB中建立神经网络进行随机动态响应仿真实验以减少时间成本,得到了运动参数动态响应分布特性和运动参数的动态可靠度。通过空间站柔性展开机构实例分析和计算,结果表明该方法可以用于复杂柔性机构的仿真和分析,具有精度高、时间成本小的优点。     

联合定轨非线性模型估值的偏差修正算法

从理论上推导了联合定轨非线性参数回归模型估值的偏差与均方误差的表示方法,提出了一种基于迭代算法的参数估值的偏差修正方法。通过对联合定轨非线性半参数回归模型结构的分析,建立了参数估值的偏差与方差的近似表示公式,并设计了非线性半参数联合定轨模型估值的偏差修正算法。理论分析和仿真计算结果表明,联合定轨非线性回归模型估值偏差修正方法能够进一步改善卫星联合定轨精度,从实际应用角度验证了偏差修正方法的合理性和可行性。     

基于Flightgear模拟器的实时可视化飞行仿真系统

针对国外某型无人飞行器,建立了非线性六自由度飞行模型和自主导航控制系统,在此基础上,利用Flightgear飞行模拟器外部数据输入/输出接口,将飞行仿真数据通过网络实时传递,驱动Flightgear可视化引擎,实现飞行仿真中,飞行姿态、天气条件和地理环境的三维实时可视化显示。仿真试验表明,该可视化飞行仿真系统可扩展性强,开发周期短,系统建设简单,使用方便,为今后的深入研究打下了良好基础。     

一类非线性系统在任意初值下的开环D型迭代学习控制

给出了一类非线性时变系统在任意初值条件下采用开环D型迭代学习控制算法时的收敛条件,运用算子理论进行收敛性证明。该算法克服了系统输出信号跟踪期望输出依赖于期望状态和期望输入的缺陷,解决了迭代学习控制中的初始状态问题,而且收敛条件放宽了,给出了仿真研究实例,研究结果说明该算法的有效性。     

基于叠加扩频的无人机MIMO导频修正MLD抗干扰

针对无人机遥控链路常受干扰的影响导致性能下降甚至失锁,研究将多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)空时分组编码与直扩技术相结合实现对链路常见干扰抑制。提出叠加扩频的方法消除融合技术中存在的多址干扰、对抗窄带干扰并预防欺骗干扰;采用基于噪声子空间投影的简化最大似然译码(maximum likelihood decoding, MLD) 抑制自然以及强宽带噪声干扰,通过分析由信道估计误差引起的MLD扰动误差,并利用导频修正来降低信道估计误差对MLD性能影响。理论分析及仿真表明,该方案通信保密性好、鲁棒性强,能够实现对多种干扰的抑制,为未来无人机智能抗干扰的实现提供方案。     

飞机拦阻系统非线性控制仿真分析

针对飞机拦阻系统采用非线性控制进行了机构实现分析,利用状态反馈线性化及线性系统二次性能指标最优控制设计方法设计了非线性控制规律。建立了跟踪控制飞机位移及速度的非线性控制仿真模型,针对系统参数变化及飞机撞网速度测量值有偏差状况,进行了鲁棒性仿真分析,仿真结果表明:采用非线性控制,系统动态响应快,跟踪特性好,鲁棒性强,拦阻指标容易满足。     

基于深度强化学习的UAV航路自主引导机动控制决策算法

针对无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)航路终端约束情况下航路自主引导机动控制决策问题,采用Markov决策过程模型建立UAV自主飞行机动模型,基于深度确定性策略梯度提出UAV航路自主引导机动控制决策算法,拟合UAV航路自主引导机动控制决策函数与状态动作值函数,生成最优决策网络,开展仿真验证。仿真结果表明,该算法实现了UAV在任意位置/姿态的初始条件下,向航路目标点的自主飞行,可有效提高UAV机动控制的自主性。