基于视觉伺服的小型四旋翼无人机自主飞行控制研究进展

 在GPS信号较弱甚至失效的环境下,视觉伺服能够通过视觉信息控制自主飞行,因此近年来视觉伺服在自主飞行控制领域受到广泛关注。根据获取的图像信息不同,可将视觉伺服分为基于位置的视觉伺服和基于图像的视觉伺服。与基于图像的视觉伺服相比,基于位置的视觉伺服位姿估计稳定,可直观地在直角坐标空间定义机器人运动,符合机器人工作方式,且控制器设计简单,但控制精度受摄像机和机器人标定精度的影响,且计算量较大。对于小型四旋翼无人机自主飞行控制的应用研究中,视觉伺服的实时性、精确性和鲁棒性尚待提高,且小型四旋翼无人机的智能化不高,在室内室外模式转换及室内协同控制方面还有广阔的发展空间。     

基于集成建模方法的四旋翼通用控制器设计

针对四旋翼无人机通用控制器逼近问题,提出基于集成建模方法学习架构控制器通用形式.首先设计四旋翼悬停与前飞两类任务,通过Matlab/Simulink数值仿真获得训练和测试数据集;然后以四旋翼飞行的状态变量和过程变量作为输入,旋翼升力作为输出,构建集成模型对通用控制器进行逼近;最后将单个固定大小最小二乘支持向量机模型和深度置信网络模型与集成建模方法进行比较.实验结果表明,集成建模能获得更好的效果,验证了针对四旋翼一类飞行任务架构通用控制器是可行的.     

一种小型旋翼无人机平台的设计及飞行验证

研究了具有航拍和图像识别功能的旋翼无人机平台设计及工程实现方法。从直升机总体设计的理论出发,介绍了该旋翼无人机平台的设计及试飞验证过程。提出了总体方案及总体布局。在现有模型直升机的基础上,进行了旋翼与整机的匹配、球形云台的设计、动力系统的选择,及各种传感器的集成等方面的设计,并最终经过外场试飞实验验证设计的可行性。为进一步研究小型无人直升机提供了参考。     

四旋翼无人机自主飞行控制的设计和应用

旋翼无人机目前广泛应用于各个领域,应用价值较高,不过自主飞行控制设计难度较大。该文对四旋翼无人机自主分型控制设计中的重难点进行了分析,并选择整体结构设计、力学模型建立和系留试验三个程序简要分析了飞行控制的设计与应用。     

一种基于STM32的四旋翼飞行器控制器

针对四旋翼飞行器,设计并实现了一种基于STM32的微型飞行控制器．以新型ARM Cortex-M3内核微处理器STM32作为计算控制单元,对飞行控制器进行了模块化设计,包括主控、惯性测量、执行驱动等单元模块．给出了系统软件设计流程,研究了一种基于分布式融合滤波器的飞行姿态解算方法,并针对四旋翼飞行器的控制特点设计了控制律．实验表明控制器方案合理有效．     

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.     

基于STM32的四旋翼飞行器的设计与实现

四旋翼飞行器属于欠驱动系统,具有四个输入力和六个状态输出,其应用广泛却设计困难。以STM32为控制核心,分析并设计了四旋翼飞行器的各个功能模块和软件流程。高精度的多路传感器在协同工作下,采集飞行器运动信息并将遥控信号发送至STM32处理器,STM32经过处理驱动电机相应运动,调节飞行器姿态。实验结果表明,基于STM32的四旋翼飞行器能够实现姿态调整、悬停、航拍等功能,验证了其设计的合理性。     

新工科背景下跨学科四旋翼无人机实践平台的设计

四旋翼无人机实践平台以微控制器为主控系统,利用锂电池作为动力系统,并通过各类传感器采集四轴无人机的姿态数据和高度数据,确保其稳定飞行.该平台涵盖了光机电算等多个学科的内容,配套了机械设计、硬件电路设计和焊接、传感器应用以及程序设计等实验项目.在教学过程中采用项目式教学模式串联各个知识点,帮助学生构建完备的知识体系,提高...     

基于自适应动态规划的四旋翼无人机分布式最优协调控制

为了提高四旋翼无人机编队的自适应能力,通过自适应动态规划(Adaptive Dynamic Programming)方法研究四旋翼无人机编队分布式最优协调控制问题。将该算法引入到分布式协调控制器的设计中,既避免了冗余数据的传输,又使各无人机的性能函数最小化。基于模糊双曲模型的评价神经网络(Critic Neural Network) 逼近值函数,以实现控制策略的设计。闭环系统稳定性证明权值估计误差和局部邻域协调误差是一致最终有界的。最后,进行了有向切换通信拓扑下的四旋翼编队仿真实例,结果表明了该算法的有效性。     

多旋翼飞行器建模与控制器设计

随着各项技术的日趋成熟,多旋翼飞行器的控制器设计也愈发受到重视.为了使四旋翼飞行器在复杂环境下可以进行稳定的飞行,设计了四旋翼无人机飞行器的控制器,根据实际情况对数学模型进行简化,建立了一个四旋翼飞行器运动的数学模型;在Simulink中搭建比例积分微分(proportion integration different...     

无人机对风切变干扰的BSSA控制器的设计

为了克服四旋翼无人直升机在飞行过程中受到风切变干扰而不稳定的问题,设计出了反步滑模自适应控制器。首先建立无人机在风切变中的动力学模型,之后将反步自适应控制与滑模控制方法结合,推导并设计出反步滑模自适应控制器,最后在Simulink中进行仿真实验。实验结果表明,在风切变的作用下反步滑模自适应控制器(BSSA)与反步自适应控制器(BSA)相比,反步滑模自适应控制器能够进一步缓解风切变对无人机造成的影响,具有更强的鲁棒性。     

太阳能无人机空中起飞设计

通常情况下,太阳能无人机从地面起飞需要消耗大量能量,必须携带质量较大的电池组,很大程度上降低了无人机的续航能力。基于此设计了无人机空中起飞系统,该系统由地面控制台、升空动力模块、传感器模块、空中定位及位置保持模块、起飞弹射系统和空中滑跑辅助系统组成。通过理论推导构建物理模型,对比了空中起飞和地面起飞的能量消耗,从而得出无人机空中起飞的方案。     

面向无人机视频分析的车辆目标检测方法

提出一种将航拍车辆视频预处理与轻量化目标检测模型结合的级联方式.首先,针对无人机拍摄的车辆视频数据大量冗余的问题,在边缘设备设置一个两级过滤器,通过帧的像素级及结构性差异过滤大量冗余帧,从而大幅减少传输到后端的检测模型的帧数;其次,针对高精度目标检测模型时延高的问题,采用通道剪枝与层剪枝结合的方法压缩YOLOv3模型并部署在PC端,实现时延和精度的均衡.实验结果表明:两级过滤器能够有效过滤90%以上的冗余帧数,相较于原模型,压缩模型在精度仅下降2%左右的情况下,检测速度提高78.3%,达到36.9帧·s^-1.     

无人机绳钩回收仿真研究

比较了几种典型的固定翼无人机回收方式,针对舰载无人机,分析了绳钩回收方式的优点,给出了绳钩回收方案。通过分析绳钩回收情况下无人机的受力状态,建立起无人机绳钩回收仿真模型,并以某型舰载无人机为对象,在Maltab/Simulink中进行仿真验证。仿真结果可以得出无人机过载和回收制动力都在合理范围内,表明本文无人机绳钩回收方式是可行的。     

无人机影像自动拼接校正

无人机影像可获得海量的高空间分辨率影像,在国土资源、林业调查、农业、灾害快速响应等多方面具有广阔的应用前景,不过如何立刻收集这些数据,是无人机快速应用的一个难题。如何拼接一系列具有重叠区的相邻影像,构成无缝可用的总影像,是应用的一个重要问题。研究采用浙江省富阳的无人机影像,预处理后基于参考影像,先对待匹配影像进行均质化变换,以减小影像间的明显差异,再寻找匹配特征并寻优。在影像之间的重叠区域,为尽量达到影像间无缝连接,采用平滑处理。拼接算法在Matlab 6.5中实现所得到的最终结果,较好地实现了影像间的结合,总体连接平滑并且接缝不明显。研究能够为实现无人机影像的自动化处理,加快无人机在各领域的应用。     

无人机航迹规划算法研究

航迹规划算法是无人机应用的关键技术之一。本文主要结合蚁群算法对无人机三维航迹规划进行了系统的研究。针对无人机三维航迹规划的复杂性及其搜索空间大且效率低的问题,提出了一种基于蚁群算法的航迹滚动规划方法,并将地形条件与航迹规划的约束条件加入搜索算法中,以使规划的航迹更符合实际情形。仿真实例结果表明,所提出的规划方法可以规划出满足无人机飞行要求的航迹。     

无人机螺桨噪声主动控制实验

对无人机螺桨噪声的主动控制技术进行实验研究。针对某型国产无人机,通过对其发动机螺桨噪声的测量分析,设计并开发了一个四入二出的主动噪声控制系统。利用该系统,在实验室环境下分别对100 Hz单频正弦噪声、实际风扇噪声和实际录取的某型号无人机螺桨噪声进行了噪声控制实验,取得了较好的消声效果。     

无人飞行器延时航迹规划方法

编队飞行中无人飞行器由于战场态势改变等原因常常需要延迟打击目标。在定高飞行模式下,提出了基于分层规划的延时航迹规划方法,首先基于最小风险值选择最佳延时机动区域,然后采用基于解析法的延时航迹规划算法,生成满足延迟时间和飞行约束条件要求的延时机动航迹。通过分析计算各个航迹段附近区域的风险值,确定了无人飞行器延时机动的安全飞行区域;基于解析法提出徘徊延时航迹的规划算法,并用该算法生成满足飞抵时间延迟量要求的延时航迹。仿真结果显示,徘徊延时航迹规划算法能够高效准确地规划出需要的延时航迹,规划总时间在规定的时间范围内,较好地满足了无人飞行器需要延时飞行的时间要求。     

车辆半主动悬架自适应模糊控制器设计与仿真

提出了一种新的自适应模糊半主动悬架控制器 ,它以模糊控制原理为基础 ,融合自适应方法 ,将模糊系统辨识和模糊控制结合起来 ,并对自适应模糊控制规则进行修正 ,以在线自适应调整模糊控制的有关参数 ,提高了模糊控制器的控制效果 ,具有很强的适应性和鲁棒性 结果表明 ,该控制系统明显地改善了控制系统的动态性能     

移动威胁下的无人机三维航迹规划

针对移动威胁下的无人机三维航迹规划问题,采用自适应卡尔曼滤波算法,对移动威胁的状态信息进行了预测,依据其航迹方位角、航迹倾斜角与视线角之间的关系,建立了航迹角控制数学模型,并提出了移动威胁下基于参数调整的航迹规划算法.仿真结果表明,该算法能够保证无人机有效地躲避空中移动威胁,并提高了其规避移动威胁的快速性.