倾转旋翼飞行器无模型自适应姿态控制

采用余弦加权分配法克服了控制操纵冗余问题,采用内/外回路控制结构解决了通道间耦合问题,实现了不同飞行模式下飞行控制系统统一建模。针对无人倾转旋翼飞行器动力学模型难于准确建立问题,引入伪梯度向量和伪阶数,应用无模型自适应飞行控制策略,使飞行控制系统对存在动力学特性非线性、时变性和未建模部分的被控对象具有更强的自适应性和鲁棒性。仿真验证了无模型自适应控制器的自适应性和鲁棒性优于比例〖CD*2〗积分〖CD*2〗微分控制器,给出了倾转旋翼飞行器由直升机模式到过渡模式再到飞机模式的全过程仿真,验证了无模型自适应控制器能够应用于倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,为无人倾转旋翼飞行器飞行控制系统设计,提供了一套新的控制系统设计方法,便于工程实现。     

基于虚拟样机的倾转旋翼/机翼系统动力学仿真

综合运用CATIA、MSC.Simdesigner、ANSYS和ADAMS建立V-22倾转旋翼机1/5缩比动力学模型,并在ADAMS平台上对其进行运动学和动力学特性仿真、分析,通过与V-22倾转旋翼机1/5缩比原型数据的对比,表明所建立的虚拟样机模型正确,结果是可信的。最后分析了倾转过程中机翼弯矩变化的时间历程,其规律能反映出倾转旋翼机机翼变化的实际情况,为以后的倾转旋翼机的设计、试验提供了参考依据。     

基于观测器的四旋翼容错控制及仿真研究

针对四旋翼飞行器执行器故障的问题,提出7一种基于自适应观测器的积分反演滑模容错控制策略,以保证飞行器的安全性和可靠性.建立考虑执行器故障的四旋翼飞行器动力学模型;设计一种自适应故障估计观测器用来观测系统的状态和估计故障信息;采用积分反演和滑模控制相结合的方法分别设计姿态容错控制器和位置控制器,完成姿态和位置的轨迹跟踪....     

横列式双旋翼矢量飞行器的改进ADRC姿态控制算法

横列式双旋翼矢量飞行器具备飞行时间长、风阻小、机动性强等优点, 但其机械结构复杂, 状态之间耦合严重, 抗干扰能力弱。针对其控制特性提出一种基于改进自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)的姿态抗干扰解耦控制算法, 该算法利用扩张状态观测器(extended state observer, ESO)实现姿态干扰和状态间耦合项的跟踪和估计, 将非线性多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)系统转化成线性单输入单输出(single input single output, SISO)系统, 采用改进的粒子群优化算法(particle swarm optimization, PSO)对姿态控制系统进行参数优化。通过仿真结果验证了该算法具备良好的抗干扰能力,并设计了实际的飞行控制系统, 进行了飞行器的悬停试验, 实现了稳定悬停。     

基于改进ESO的四旋翼姿态自抗扰控制器设计

针对四旋翼无人机姿态自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)系统在姿态角测量反馈信号受传感器噪声污染时, 基于传统非线性非光滑fal函数的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)观测精度不足的问题, 构建了一种新型非线性光滑galn函数以重新设计ESO, 并利用Matlab/Simulink仿真软件进行性能验证。仿真结果表明: 与传统fal函数相比, 本文构建的galn函数为光滑且具有更好的收敛性, 更能体现“大误差小增益”的工程思想; 基于galn函数设计的改进型ESO具有更强的误差跟随能力; 采用改进型ESO设计的四旋翼姿态ADRC系统具有更好的跟踪能力和抗干扰能力。     

高负载四足机器人的步态规划与控制

针对高负荷的四足机器人设计了位置控制器,实现了机器人在平坦地面上的稳定行走。使用的四足机器人为自主研发,该机器人设计有特殊的驱动系统和创新性的并联式腿结构,实现了机器人的高负载能力。利用Bezier曲线为机器人设计了足尖运动轨迹,提高了机器人的稳定性。仿真结果和实验验证了所设计控制器的有效性。     

射频仿真中直升机旋翼信号的建模与实现

作为中、近程导弹武器系统的主要作战对象,武装直升机低速飞行或旋停时,其机身回波极易被背景杂波掩盖,导引头很难识别,所以只能通过旋翼回波信号跟踪目标.简要介绍了直升机旋翼谱的理论模型,并详细介绍了旋翼谱基带和射频复现的方式.在成功复现直升机射频信号的基础上,完成某型号导弹攻击直升机半实物仿真试验,半实物仿真试验结果表明了直升机旋翼信号射频复现方式及建模的有效性、正确性和实用性.     

无人机自主精确着陆控制律设计及仿真研究

将无人机对理想着陆轨迹精确跟踪能力和抗干扰能力的要求分开考虑,从精确输出跟踪和鲁棒性两个角度综合自主着陆控制律.针对着陆过程中动态方程的非最小相位特性,利用在线稳定逆产生用于着陆轨迹精确跟踪的前馈输入和状态参考轨迹.将建模误差等不确定性和外干扰看成为广义干扰,利用一个构造性的非线性干扰观测器对其进行观测.在干扰观测器的基础上设计滑模控制器对状态参考轨迹跟踪的误差系统进行鲁棒镇定.仿真结果表明,设计的自主着陆控制律能精确跟踪理想着陆轨迹,并有很好的鲁棒性和抗干扰性.     

非平面全驱动多旋翼无人机的鲁棒预测控制

针对非平面全驱动多旋翼无人机飞行时易受外部风场与未建模动态影响等问题,设计了鲁棒性较好的预测控制系统。采用牛顿-欧拉法构建了无人机六自由度非线性运动模型;设计了线性扩张状态观测器,将同时受匹配与非匹配干扰影响的无人机系统转化为仅受匹配干扰影响的等效系统,用以估计系统的状态变量;针对等效系统设计预测控制器以降低系统输出振荡和输入激增,设计干扰补偿器以提升闭环系统抗干扰的鲁棒性。仿真实验表明：与常规的非线性动态逆控制方法相比,该算法下的闭环系统具有更强的抗干扰能力与更高的轨迹跟踪精度。     

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。     

基于视觉的UCAV自主着陆蒙特卡洛仿真研究

介绍了不确定性分析方法的应用以及不确定性的数学模型。回顾了蒙特卡洛仿真在飞控系统的鲁棒分析、鲁棒控制律设计以及灵敏度分析等方面的研究成果。设计并实现了基于MATLAB分布计算引擎（MATLAB Distributed Computing Engine）的分布式蒙特卡洛仿真方案,开发了可以创建分布式仿真任务的蒙特卡洛仿真工具MCST（Monte Carlo Simulation Tool）,可以方便地对于Simulink模型进行蒙特卡洛仿真。并且使用该工具进行基于视觉的UCAV自主着陆仿真研究。

Abstract：

Application of uncertainty analysis methods was introduced as well as some general used uncertainty models. The most basic uncertainty analysis method is Monte Carlo Simulation,which is a powerful and practical tool to deal with non-linear systems with very large amount of uncertainties. However,the great disadvantage of Monte Carlo is that it is very intensive computationally. Given to such a drawback,a distributed computing tool,which is named Monte Carlo Simulation Tool and based on MATLAB Distributed Computing Engine and Distributed Computing Toolbox,was developed in order to execute independent MATLAB operations simultaneously on a cluster of computers,speeding up execution of large amount of simulations. The MCST can easily be used to Simulink models for Monte Carlo Simulation. Monte Carlo Simulation has been applied to vision-based autonomous landing of Unmanned Combat Aerial Vehicles （UCAVs） with uncertainties of initial conditions and sensor measurements. Simulation results show that there is a high mission successful probability,which means the autonomous landing control law is insensitive to uncertainties.     

主动控制起落架建模与仿真

建立了主动控制起落架系统的非线性模型和控制方程,对系统进行了稳定性分析,应用simulink对起落架主动控制系统进行了仿真,结果表明通过应用主动控制起落架系统,减小了飞机重心的垂直位移和起落架传递给机身的载荷,对提高飞机的滑行品质、提高乘客的舒适性、改善民用飞机在低等级机场上以及军用飞机在修复类或损坏类跑道上的使用等有着重要的意义。     

任意着陆状态下的飞机起落架模型仿真研究

为支持舰载机的甲板降落研究而建立了一个任意着陆状态下的飞机起落架模型.为使该模型可以体现出飞机降落时的复杂姿态变化和每个起落架的反复压缩过程,采用了一种反向受力传递的分析方法,并将飞机的六自由度运动方程与三个起落架微分方程联立.通过仿真分析得到此模型可以准确的体现飞机的任意着陆过程,而且基本上与实际物理过程相符.     

舰载机进舰着舰过程仿真建模

简述舰载机进舰着舰过程,建立以航母—舰载机—起落架组成的多体动力学系统为核心的进舰着舰系统仿真模型,并综合能够反映驾驶员和LSO的行为特征的指令模型,同时考虑风场扰动,海浪等外界影响因素。该模型不仅适于航母-舰载机适配性问题,还可研究进舰着舰任务中LSO对驾驶员行为的影响。最后通过仿真示例验证该模型的合理性和可行性。     

舰载飞机着舰可视化仿真系统设计与开发

着舰是舰载机/航空母舰系统中极其重要的内容.为此,基于仿真技术和虚拟现实技术,提出一种舰载飞机着舰可视化仿真系统的设计方案.首先,采用C/S结构设计了舰裁机着舰可视化仿真系统,并对各个模块功能进行了详细的阐述.然后利用细节层次、纹理映射以及实例化技术对Creato创建的舰载机和航母的三维模型进行了优化.最后开发了基于MFC的Vega Prime视景驱动程序并介绍了碰撞检测A-法.完成后的着舰仿真系统可为自动着舰系统的设计、验证评估提供直观可视化的软件界面.     

磁轴承柔性转子系统动力特性建模与优化仿真

建立了电磁轴承柔性有质转子系统计入陀螺、阻尼、轴－径向动力耦合及机械－电磁－控制系统耦合等影响的动力特性分析计算数学模型，导出了多变量控制系统的标准化系统矩阵向量方程。以系统仿真响应为目标，通过复合寻优方法实现了系统最佳工作区（点）的求解。对优化仿真结果与试验现场调试结果进行了对比分析。     

在复杂大气条件下的飞机自动着陆控制器设计与仿真

对飞机整个自动着陆过程的控制进行了设计,主要采用逆系统方法设计控制律,并用神经网络对控制律进行了鲁棒补偿,神经网络的学习规则为带有死区的关于神经网络灵敏度的线性函数。对于在自动着陆过程中可能遇到的紊流和风切变等几种典型大气情况进行了分析,并将所设计的着陆控制律在上述复杂大气条件下进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的自动着陆系统对复杂大气条件具有鲁棒性,着陆过程中实际飞行高度与期望飞行高度的误差在合理的范围之内。     

无人机自主着陆半实物仿真系统设计

无人机自主着陆系统设计是实现大型无人机自主着陆的关键课题。设计了一种基于分米波仪表着陆技术体制的无人机自主着陆半实物仿真系统,用于设计和验证无人机着陆引导系统的稳定性、可靠性以及相关性能指标,替代工程研制的实际试飞,避免承担风险和节省大量人力物力财力。无人机自主着陆半实物仿真系统设计包括分米波仪表着陆系统地面和机载设备模拟器、无线电高度表模拟器和激光测高仪模拟器、无人机数学模型仿真机和飞行控制仿真机以及仿真主控计算机等。实现了对无人机自主着陆全过程的仿真试验,仿真数据可作为研制无人机着陆引导实物系统的重要参考。     

飞机起落架的动力学建模及仿真

起落架的精确建模和仿真对飞机起飞着陆过程的控制律设计有着重要意义。通过对飞机起飞着陆过程中起落架的受力情况进行详细分析,并根据起落架的一些实际物理参数分别求得起落架各轮处的合力和合力矩,建立了起落架的模型,并将此模型应用于某国产战机进行仿真。仿真结果表明,建立的起落架动力学模型较好的反映了飞机在滑跑过程中起落架所受的力和力矩的动态变化情况,比较真实的符合实际物理过程。     

基于非线性模型的飞机自动着陆模糊控制系统设计

将非线性控制方法与模糊控制方法相结合对飞机自动着陆系统进行了设计，首先，对飞机纵向运动的非线性模型进行输入输出反馈线性化，将其等效为一个三阶线性系统，并同时实现了解耦，在此基础上，结合带优化修正函数的模糊控制规则自调整方法对变换后的三阶线性系统进行设计，最后，考虑参数摄动，对所设计的飞机自动着陆控制系统进行了数字仿真，仿真结果表明，该控制系统能有效抑制系统内部参数摄动对系统输出产生的不良影响。