微型飞行器实时飞行仿真系统的设计与实现

微型飞行器的实时飞行仿真技术在飞行器集群控制、任务分配以及军事指挥等方面有着广阔的应用前景.在研究视景仿真技术的基础上,首先基于Multigen Creator和Vega软件,建立多架微型飞行器的飞行视景仿真环境.然后采用C++技术开发了该飞行仿真系统与路径规划系统的实时数据传输接口,并为每架飞行器设置了独立的运动模型,来接收路径数据和实时调整飞行器的路径及飞行姿态,从而实现了飞行器的实时协同飞行仿真.     

基于DirectX的无人机实时飞行仿真系统开发

建立无人机实时飞行仿真系统对于无人机的设计研究具有重要的意义。介绍了一种低成本的基于DirectX技术的无人机实时飞行仿真系统，对建模与仿真、Directx、数据库、面向对象编程等技术在可视化系统仿真领域的应用进行了积极的探索与尝试。介绍内容主要为无人机飞行仿真系统模型建立及仿真算法采用以及如何运用软件工程概念开发无人机实时飞行仿真软件系统。     

虚拟微型扑翼飞行器建模仿真

针对扑翼飞行控制算法设计和验证需要，研究了扑翼飞行器数学建模和仿真系统建立问题。构造了一个虚拟微型扑翼飞行器（VFMAV：Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle），基于非定常空气动力学原理，用修正的准定常气动力计算模型估算出了翅膀扑动产生的高升力。分析惯性力的基础上建立了扑翼飞行器的状态空间方程，进而基于Matlab语言和Simulink环境设计了虚拟微型扑翼飞行器仿真系统（VFMAVS：Virtual Flapping wing Micro Air Vehicle Simulator），并给出了相应的仿真结果。     

飞行器机动飞行分布式仿真系统研究

提出了一种基于普通以太网TCP／IP技术的飞行器机动飞行分布式仿真系统的设计方案。仿真系统由五个仿真节点构成,主要用于研究和验证综合信总支持下飞行器机动飞行的制导和控制等问题,以及相应信息链路关系的论证,并借助可视化仿真技术将仿真结果实时的显示出来。分析了仿真系统中仿真管理、仿真同步、飞行器机动模型的应用、实对的仿真可视化显示等关键技术,给出了相应的设计思路和基本的实现途径。最后给出了仿真系统实现的部分结果。     

基于Matlab的某型固定翼飞行器飞行仿真系统开发

按照飞行模拟器的要求,建立了飞行仿真系统模型,包括六自由度全量运动方程模块、气动参数模块、发动机模块、起落架模块、环境模块、机体轴合外力/力矩模块等.该系统能够根据驾驶杆的输入,响应飞机当前的状态.用死区定值法解决了六自由度方程奇异点的问题.设计了基于遗传算法的配平方法,使初始飞行状态更接近平衡点.在Simulink环境下实现各模块的功能,进行定常直线、水平盘旋、翻筋斗等仿真实验.结果表明模型的初始状态接近平衡点,计算过程稳定,克服了飞行动力学仿真的奇异值问题,能够真实地反映飞机的实际特性.     

基于HLA的雷达网探测隐身飞行器仿真系统

介绍了雷达网探测隐身飞行器的数学模型，根据这一模型，提出了基于HLA的仿真系统设计框架和实现方案，并说明基于HLA技术实现该系统能满足灵活性、仿真部件的重用性等方面的要求。     

微型涵道飞行器的自适应逆控制方法

微型涵道飞行器可以悬停、垂直起降和前飞,且安全性高、结构紧凑、噪声低。但是,微型涵道飞行器由于大飞行包线、特殊气动布局、低速度、小尺寸和复杂飞行环境,所以具有明显的非定常和非线性飞行力学特性。针对这一问题,研究了应用动态逆控制律的新方法--神经网络自适应逆。采用动态逆控制器、神经网络补偿器、比例微分(proportion-derivative,PD)补偿器和伪控制补偿器构建了微型涵道飞行器飞行控制系统。仿真结果表明,相比动态逆 比例积分微分(proportion-integral-derivative,PID控制系统,本文设计的自适应逆控制系统具有更强的稳定性和鲁棒性。     

扑翼微型飞行器的动力学建模

对鸟和昆虫的飞行机理进行了有价值的探讨,并对扑翼式微型飞行器机体动力学和机翼空气动力学进行了详细的分析。由此分析得出结论:机体所受外力为空气动力、自身重力和机翼作用于机体的驱动力,而采用扑动与扭转两个自由度飞行的机翼所产生的机体驱动力就是由瞬时平移力和旋转循环力合成的瞬时空气动力,从而得出了相应的参数方程以及整机动力学模型。对所建模型的仿真结果表明,只要合理选择参数,各种飞行过程能得到很好的模拟。     

高空高速飞行器飞行环境物理仿真研究

针对飞行时间短、速度和高度变化快、工作环境又十分严酷的飞行器，结合航空和航天领域现有相关技术，提出了适合于高空高速飞行的地面物理仿真试验方法——瞬态热平衡物理仿真试验技术。其中，气动热环境下蒙皮表面温度的计算机仿真和物理仿真是瞬态热平衡物理仿真试验技术的中心环节。阐明了把蒙皮表面温度仿真结果作为试验控制参数的思想，并着重介绍了高空高速飞行过程中蒙皮表面温度的动态仿真方法、物理仿真方法以及基于模糊控制的温度控制策略等关键问题，尤其是通过仿真实例分析了基于工程预测方法的动态仿真过程。     

基于模糊自适应的微型飞行器姿态控制

针对一类不确定非线性系统,基于李亚普诺夫稳定性理论提出了模糊自适应算法.将系统分为标称模型和包含建模误差、参数变化、干扰及未建模动态等在内的混合干扰项,用模糊自适应控制实时逼近系统各个不确定参数,用鲁棒反馈控制消除系统的外部干扰.由于模糊自适应控制是对系统输入系数矩阵和系统函数向量的不确定部分的每一个分量进行实时逼近,所以系统控制的精确性得到了提高,有较好的鲁棒性.模糊逻辑系统的计算量相对较少,从而能够很好地完成系统输出信号的渐近跟踪.给出了控制算法的稳定性证明,并对微型飞行器的姿态控制系统进行了仿真研究,仿真结果验证了算法的有效性.     

探月返回飞船再入飞行全数字仿真系统设计

探月返回飞船再入过程是整个探月任务的关键环节。为了给再入任务提供设计参考和验证手段,设计了一套全数字的再入飞行仿真系统。首先,建立了飞船再入6自由度动力学模型,设计了导航制导控制系统,构建了推力器模型;然后,设计了集成所有运行模块的仿真系统框架;最后,设计了满足功能需求的再入飞行仿真的运行流程。基于蒙特卡罗打靶技术,该仿真系统能够对再入轨迹特性进行分析,并能够验证测试导航制导控制系统和气动构型设计。对某探月返回飞船再入的蒙特卡罗打靶仿真验证了仿真系统的功能和有效性。     

基于干扰估计的高超声速飞行器鲁棒控制方法

针对高超声速飞行器高度与速度跟踪所面临的参数不确定与外界干扰问题,提出基于干扰估计的鲁棒控制律设计方法。首先建立含参数不确定与外界干扰的高超声速飞行器模型;而后基于动态逆思想,将动力学模型进行线性化,并将由参数不确定与外界干扰对系统造成的总效果看作系统总干扰,从而引入线性扩张状态观测器实现对系统状态及总干扰的估计;最后考虑总干扰作用,提出具有鲁棒性能的动态逆控制律与滑模控制律。通过与传统控制律进行对比仿真,结果表明所设计的两种鲁棒控制器只需在原有方法基础上进行简单改进,即可较大程度提高对系统参数不确定与外界干扰的鲁棒性,具有良好的跟踪性能。     

基于气动特性辨识的折叠翼飞行器可重构控制系统设计

为解决折叠翼飞行器初段飞行中气动特性变化大且易受环境扰动影响、控制鲁棒性要求高的问题,将飞行器物理模型的实时辨识与非线性动态逆方法相结合,设计可重构飞行控制器。基于迭代扩展卡尔曼滤波与渐消记忆最小二乘,将气动特性辨识一步方法分解为状态量和参数值的两步辨识,算法更易于在线实现。通过实时辨识更新动态逆控制器参考模型,消除模型逆误差,实现可重构控制。针对某型折叠翼飞行器的6自由度仿真结果表明,在飞行器自身气动特性大幅变化且考虑外界未知扰动情况下,控制器满足设计要求,具有较强的鲁棒性。     

SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统研究

为了更有效评估合成孔径雷达(SAR)系统对地面目标的检测、识别性能,分析、衡量地面目标生存能力,根据SAR对地面目标探测的基本原理,结合计算机仿真技术,设计并开发了机载/星载SAR对地面车辆目标探测能力仿真系统。该系统通过对多种杂波背景下车辆目标原始回波的模拟,实现了多种算法的目标成像、双参数CFAR检测以及目标识别处理,进而实现对场坪/公路上固定或慢速运动车辆目标的检测及识别概率计算,由此进行车辆目标生存能力的评估。给出了仿真系统的总体架构和各模块的功能原理,并用仿真实例进行验证。     

气动/推力矢量飞行器分阶段复合控制分配策略设计

以气动/燃气舵推力矢量复合控制反坦克导弹为研究对象,研究了不同飞行阶段下的气动/推力矢量复合控制分配策略问题。通过分析气动舵和燃气舵控制效率受导弹飞行速度变化的影响,并结合不同飞行阶段的飞行任务和特点,分别基于模糊逻辑以及链式递增理论,设计了适用于初始飞行段和末制导段的复合控制分配策略。仿真结果表明,设计的两种策略均保证了复合控制系统具有较快的响应速度和良好的控制精度,同时缩短了燃气舵的工作时间,减少了推力损失。     

多机多编队飞行仿真系统研究和设计

为实现多机多编队的飞行仿真,提出了多机多编队的飞行仿真系统设计方案。在对飞行仿真任务分析的基础上,设计了仿真系统的模块组成,并采用组件化设计实现了软件的模块化封装。以高层体系结构(high level architecture,HLA)作为框架设计实现了仿真系统管理及节点进程交互。通过仿真验证了系统可实现不同编队类型、飞机型号、飞行模式的仿真任务。利用该仿真系统可支持编队飞行性能、任务规划等各方面的研究。     

无人机图像匹配制导系统方案

为实现无人战斗机精确制导实际需求,根据作战的实时性和精确性特点,提出了一种基于图像匹配技术的制导方案。该制导方案引入地标信息,研究匹配方法,分析匹配计算量,提出了基于高速数字信号处理芯片来实现匹配制导的方法。软件仿真结果表明,匹配单元的结构完全能够满足制导系统功能实现的需要。     

基于对空无线电引信的平板目标特性建模及仿真

目标的电磁散射特性对回波信号的特性影响巨大。以连续波多普勒体制无线电引信为依托,以平板目标为主要研究对象,研究体目标效应影响下的多普勒信号特性。采用物理光学法和物理绕射法计算目标表面和边缘的雷达散射截面积。建立了平板目标特性模型,结合引信空中弹目交会模型,探讨弹目交会过程中多普勒信号幅度和多普勒频率的变化规律。     

双积分制下汽车生产商生产决策优化

本文研究了燃料消耗量积分和新能源汽车积分"双积分制"下汽车生产商生产决策问题,基于持股比例和内部期权协议建立了传统能源车与新能源汽车联合决策模型,在积分不足、积分富余和积分平衡三种策略情形下求解了最优定价、产量和内部积分协议价,并针对市场积分价格和汽车销售量的实际波动求解了生产计划的鲁棒区间及其应急调整策略.研究结果表明:持股比例主要影响内部协议价形成,持股比例越高,内部协议价越趋近于外部市场价;初始生产计划存在多维非对称鲁棒区间,汽车生产商可通过价格响应机制实现生产计划扰动管理及积分策略切换;控制积分交易限量将改变最优生产计划及其应急调整策略.