舰载战斗机/无人机编队飞行控制研究现状与展望

在未来的海上攻防作战中,舰载战斗机和舰载固定翼无人机将成为航母编队的重要组成部分,舰载战斗机/无人机编队将是未来海洋战争的重要作战形式。首先总结了近年来国内外有人/无人机编队作战相关项目,然后描述舰载机/无人机编队任务流程,总结了舰载机/无人机编队飞行控制方法,其中包括了编队集结控制、队形变换控制、队形保持控制和编队重构控制四个方面。最后对舰载机/无人机编队飞行控制技术未来发展方向进行了展望。     

无人机编队飞行控制中的气动耦合问题

长僚机之间的气动耦合效应是无人机编队飞行中不可忽视的因素,以长僚机的双机编队为例,建立了编队飞行的涡流模型,在有无气动干扰的两种情况下,计算了僚机在编队队形中的气动力,最后设计了考虑气动耦合效应的无人机编队飞行控制系统并进行仿真研究.仿真结果表明气动效应对编队队列中无人机的飞行状态会产生一定影响,该控制系统能很快消除扰动影响,使僚机实现状态的跟踪和保持,达到稳定编队飞行的要求.     

卫星编队飞行的协同控制

为了实现卫星编队飞行任务,设计了卫星编队飞行队形协同控制。考虑控制精度以及小推力卫星变轨时间长等特点,采用了相对运动的非线性动力学方程进行数学建模,并采用精度较高的相对轨道根数法设计了目标队形。应用滑模控制理论,设计了跟踪控制器,并通过Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统全局渐近稳定性。通过一个“1颗主星与3颗从星”编队的测量基线放大控制仿真,验证了该控制器的可行性。结果表明,该控制器具有控制精度高、实时性强等特点,可用于卫星编队飞行队形协同控制。     

多无人飞行器协同编队控制

本文将一种新颖的"扩展—分解—聚集(EDA)"策略应用于多无人机协同编队控制问题的解决。这种EDA策略可以将复杂的编队控制问题转化成一组相对容易解决的子问题。为了实现多无人机Aerosonde的编队飞行控制,文中设计了分布式纵向、横向队形控制器,用于仿真验证所提出EDA策略的可行性及有效性。     

基于有限视觉信息的小型无人机编队控制

依据大雁飞行时依靠视觉信息形成V字形编队的群体行为,研究装载单目鱼眼镜头的小型无人机凭借视觉信息控制编队的问题.通过数学方法刻画小型无人机的"视觉盲区",并设计代价函数来表征小型无人机在不同飞行状态中的"视觉代价".据此提出一种基于代价函数的控制律,在保证无人机任意时刻不飞入其他无人机"视觉盲区"的前提下,利用梯度下降...     

基于改进一致性理论的无人机编队航迹在线规划

针对无人机编队在飞行过程中任务发生变化的情形,提出了基于改进一致性理论的无人机编队航迹在线规划方法。首先,针对一致性算法进行改进,引入人工势场法,提出了考虑机间距离和相对速度的防碰撞策略;基于无人机相对位置和状态量,提出了考虑无人机转弯半径和速度的转弯策略。其次,基于编队拆分思想和RRT*算法,提出了基于拆分编队思想的在线航迹规划方法。仿真结果表明：防碰撞策略能使无人机之间在编队成形前保持安全距离,不发生碰撞;转弯策略能使编队在转弯过程中保持队形;编队重组的在线航迹规划方法能满足执行新增任务的情形。     

基于三段组合控制策略的无人机飞行控制

针对无人机飞行控制的特点，提出一种三段组合控制策略。该控制策略包括基于线性控制系统设计的常规控制律；基于模糊规则推理的超常控制律；基于边界判据的危机控制律。机上数据处理中心接收雷达、传感器等信息源的信号，计算处理产生评估信号，状态选择器根据评估信号按专家知识库选择正确的控制信号，从而控制无人机平台。仿真表明，该控制策略合理可行。     

基于OSDK的分布式无人机集群控制系统设计与验证

针对当下无人机集群平台可靠性低、实用性差的问题,提出基于Onboard SDK的分布式无人机集群控制系统(Distributed UAV Swarm Control System, DUSS)设计方案。首先,基于模块化思想,将DUSS分为控制模块、执行模块与监控模块,控制模块与监控模块利用自组网通信方式与ROS分布式通信机制,实现对异构集群的分布式控制,OSDK的使用在降低模块间耦合度的同时实现控制模块与执行模块的交互,其对底层控制逻辑的封装可减少时间成本;其次,在考虑真实物理环境中的惯性因素的基础上对人工势场法进行改进,设计一种一致性联合虚拟势场(CVPF)编队算法,解决目标不可达问题并使用DUSS进行演示;最后,通过试验证明DUSS在保证避碰的前提下可实现编队飞行、队形保持以及队形变换等功能,验证了DUSS作为分布式无人机集群平台的可行性与CVPF算法的稳定性。     

从鸟群群集飞行到无人机自主集群编队

无人机可通过自主集群编队提高其在复杂环境下执行任务的能力.多飞行器并存导致系统协调管理难度提升等一系列问题,因此如何设计合理高效的无人机集群编队协调自主控制算法是一个亟待解决的难点问题.在鸟群群集飞行过程中,个体通过遵循简单行为规则进行相互合作而产生复杂有序的集体行为.由于鸟群群集飞行过程中所表现出的邻近交互性、群体稳定性和环境适应性等特点与无人机集群编队的自主、协调和智能等控制要求有着紧密的契合之处,因此,研究鸟群群集飞行机制,并将其映射到无人机集群系统,是解决无人机集群编队协调自主控制问题的一条切实可行的途径.     

一致性方法的多仿生机器鱼编队对齐行为

针对多仿生机器鱼编队中的对齐行为,利用一致性的方法,提出一种新颖的机器鱼编队控制方法。设定机器鱼群体的一致性协议,模拟一定的群体智能、群体行为,通过机器鱼之间的局部信息交流,群体方向最终达到一致。在机器鱼平台上分别对信息拓扑为无向图和有向图的情况进行了一致性实验验证。实验的初始条件是机器鱼个体的朝向和各自运动方向随机,实验的最后结果两种情况下机器鱼群体方向均达到了一致。实验结果表明,该方法是有效的,实现了编队的对齐行为。     

椭圆参照轨道的理想卫星编队队形设计

为了建立椭圆参照轨道卫星编队飞行的理想编队队形,该文从参照轨道要素描述的精确相对运动方程出发,概括出椭圆参照轨道的编队运动特点。依据这些特点,找到了几类具有特殊几何构形的理想编队轨道,并分析设计出由三颗星组成的用于遥感探测的3种编队队形。利用参照轨道要素方法能较方便地找到可能存在的理想编队轨道和队形,并解出相应的轨道要素;为设计有实用价值的考虑摄动的自然编队轨道和进行编队初始化提供科学依据。     

三维编队飞行模型建立及自适应鲁棒控制

以张量分析为工具建立无人机编队飞行相对运动模型,用飞行中外界干扰的估计值构造系统能量函数,根据Lyapunov稳定判据,提出一种无人机编队飞行队形保持的自适应鲁棒控制律。研究表明：无人机编队飞行张量模型具有广泛的适用性;为无人机编队飞行深层问题研究、克服标架奇点引起的计算障碍等提供了新途径;提出的控制律简单,有效。     

VSEPR法对分子几何构型的判断

本文重点分析了孤对电子对分子构型的影响,从而确定分子的几何构型;另外还介绍孤对电子对分子键角的影响。     

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。     

机器人队形控制中的二叉树方法

研究了机器人编队及队形变换的二叉树方法,创建二叉树的基队形,由基队形变换得到如菱形、楔形、横线、纵线等队形。采用二叉树方法创建的基队形具有实现时间短、速度快、良好的稳定性和鲁棒性等特点,仿真时间约为0.058 658 s。由基队形变换得到的适用队形也具有相同的性质。     

CPLD与16C554在无人机飞控计算机中的应用

按照高性能和小型化的要求 ,阐述了DSP在新型无人机飞行控制计算机硬件系统设计中的应用 .以TMS32 0LF2 4 0xDSP为处理核心 ,采用复杂可编程逻辑控制器 (CPLD)对外围扩展电路 (A/D、D/A、串口扩展芯片 1 6C5 5 4和外部存储器等 )进行片选和中断控制 ,从而提供了丰富的模拟接口、方便灵活的数字接口和串行通信接口 .本文给出了主要器件具体的硬件选型 ,并结合其特点阐述了它们在飞控计算机系统中的硬件连接及软件操作方法     

MEMS-Based Low-Cost Flight Control System for Small UAVs

Small unmanned air vehicles （UAVs） can be used for various kinds of surveillance and data collection missions. The UAV flight control system is the key to a successful mission. This paper describes a low-cost micro-electro mechanical system-based flight control system for small UAVs. The integrated hardware flight control system weighs only 24 g. The system includes a highly-integrated wireless transmission link, which is lighter than traditional links. The flight control provides altitude hold control and global positioning system navigation based on gain scheduling proportional-integral-derivative control. Flight tests to survey the grass quality of a large lawn show that the small UAV can fly autonomously according to a series of pre-arranged waypoints with a controlled altitude while the wireless video system transmits images of the surveillance target to a ground control station.     

复杂条件下多智能体系统编队一致性控制

针对噪声信号使多智能体系统难以形成一致的问题,综合运用代数图理论、矩阵论等知识,结合一致性形成条件和现有的一致性协议,提出一种改进的带有噪声的一致性控制算法。该算法能够使系统状态量与控制输入量收敛到一个很小的范围,从而大大弱化噪声对系统的影响。将这种改进算法应用到多智能体编队控制中并进行仿真,仿真结果表明,采用改进的一致性控制算法后,多智能体运动轨迹波动小,轨迹曲线平滑,各运动参数趋于一致,具有良好的编队一致性。     

基于开源软件的无人机飞行仿真

飞行控制算法设计和仿真是无人机研制的关键步骤。为了缩短无人机飞行控制算法设计周期和试验成本,本文对无人机纵向和侧向控制算法进行了设计,并基于开源软件开发了固定翼无人机可视化的飞行仿真系统,对飞行控制算法进行仿真实验。仿真结果显示,飞行仿真系统实时且直观,通过对飞行仿真试验数据的综合分析,验证了飞行控制算法的有效性,该飞行仿真系统可广泛应用于无人机飞行控制算法的仿真验证。