光传飞行控制交叉通道数据链路接口技术研究

交叉通道数据链路是实现三余度飞控计算机之间信息交换的枢纽,以往开发的三余度光传操纵系统大都采用了串口(RS232)协议来实现,其传输速率较低,达不到现代飞控计算机之间数据传输的高要求。为此,设计了一套以PCI总线控制器PLX9054和FPGA为核心的双向高速数据光纤传输接口卡,设计了该数据传输卡的基本结构和单元组成;详细阐述了PCI总线接口软硬件设计方法、时序及注意事项,并深入分析了FPGA的功能逻辑模块和光电转换模块的实现方案;最后开发了基于DriverStudio的设备驱动程序,并进行了系统测试。结果表明本接口卡可以满足飞控计算机之间余度数据交换的要求。     

基于趋近律滑模最优控制的无人机撞网回收轨迹控制

针对舰载无人机撞网回收过程的下滑轨迹跟踪控制问题,在设计基于α β滤波器的轨迹控制外回路的基础上,着重设计了趋近律滑模控制与最优控制相结合的姿态控制内回路,提高了系统的稳定性并改善了系统的动态性能。以某小型无人机为例进行了撞网回收全过程三维数值仿真,仿真结果表明,该撞网回收着舰轨迹控制系统能够实现下滑过程飞行姿态及轨迹的精确控制,且能够在舰船甲板运动情况下实现较精确的撞网回收。     

变长度微粒群优化模糊聚类的自适应图像分割方法

模糊C均值聚类(FCM.fuzzy c-means)图像分割方法,对初值选取较敏感,并且需要事先确定聚类数目.为此,提出了一种基于变长度微粒群算法(PSO,particle swarm optimization)优化PBMF模糊聚类的自适应图像分割方法.PBMF指标函数考虑了聚类数目和聚类中心,通过设计变长度PSO算法来实现PBMF指标函数的优化过程,并利用统计直方图将图像从像素窄间映射到灰度直方图特征空间,从而快速地获得图像的最佳聚类数日和聚类中心.对遥感图像的分割实验表明,该自适应分割策略具有全局搜索图像最佳聚类数月和聚类中心的能力,以及较强的抗噪能力.     

电动负载模拟器的CMAC神经网络复合控制

为增强电动负载模拟器的自适应能力以抵抗系统的非线性、时变参数及运动扰动的影响,提出利用小脑模型神经网络(CMAC)与PID的并联进行控制与调节的控制方法。利用PID控制保证系统的初始稳定性,在小脑模型神经网络引入速度信号和误差信号构成二维参考输入,使系统具有很好的自适应消扰能力,减小了多余力矩的影响。仿真证明了该方法的可行性和有效性,收到了很好的控制效果。     

基于ARM的GPS/BD2组合接收机设计与实现

设计了一种以Cortex-M3微处理器为控制平台的能够兼容我国BD2(COMPASS)导航系统的GPS卫星接收机.连接FPGA作为接收机的数字基带处理芯片,通过软件编程的方法选择GPS或BD2模式.实验表明,双星座定位在时间域和空间域方面整体性能稳定,具有可见数目多、卫星位置分布好的特点.该接收机的信号捕获、跟踪方法正确可行,且在静态模式下水平定位精度优于3m,消除了以往处理器数据处理的瓶颈效应,具有良好的实时性、灵活性和可扩展性.     

风切变和塔影效应对风力机变桨距控制的影响分析

随着单台风力机功率的不断增大,变桨距控制对于风力机起动、制动性能的改善和对输出功率的稳定作用不断显现。单台风力机功率的不断增大也导致了塔架的增高和风轮直径的增大,风切变和塔影效应对风轮旋转平面风速分布产生的差异也不断变大。为了验证风速差异对变桨距控制的影响,建立了考虑风切变、塔影效应的风速模型以及基于叶素理论的风力机模型。采用1.5 MW风力机的数据进行研究,仿真验证表明,在集中变桨时,即使参考风速稳定,风速分布的差异也会使实际的风轮输出转矩产生脉动,桨距角产生周期性脉动,从而导致输出功率产生脉动,影响电能质量,同时叶片上产生不平衡的弯矩,增加了叶片的疲劳载荷,缩短了叶片的寿命。大型风力机应采用独立变桨技术来解决这些问题。     

大型客机进近倾斜姿态H∞控制研究

实现快速、精准、抗扰动性强的倾斜姿态控制,是大型客机自动着陆控制系统设计的关键技术之一.以Boeing707飞机在常值侧风扰动下的非线性数学模型为基础,通过配平线性化得到线性方程,综合设计了进近着陆阶段的姿态控制律.由于使用PID控制方法的滚转角响应难以兼顾快速性与稳态性能,设计了基于鲁棒H∞理论的倾斜姿态控制律.分别对两种控制方法跟踪滚转角阶跃指令,以及抗侧风扰动的控制效果进行了比较分析.仿真结果表明,状态反馈H∞控制方法能够实现快速、精准、无超调的倾斜姿态控制,且有侧风扰动存在时具有快速的恢复能力、较好的乘坐品质和较大的抗扰动控制余度.     

基于梯度下降法的四旋翼无人机姿态估计系统

为解决四旋翼无人机在飞行时实时姿态测量的问题,提高姿态估计精度,设计了一种基于STM32的梯度下降姿态估计系统。该系统以STM32F427微处理器为主控制器,MPU6000和LSM303D作为姿态传感器,实现了对姿态传感器数据采集以及姿态解算。系统对加速度计、磁罗盘进行预处理,利用梯度下降滤波的方法估计误差四元数,从而修正陀螺仪积分误差,实现了姿态角的精确估计。最后,通过搭建的飞行实验平台,与Pixhawk飞控进行姿态角比较分析,实验结果表明:采用梯度下降法的姿态估计系统能够稳定有效地估计无人机的姿态,满足四旋翼无人机的飞行要求。     

基于改进RRT-Connect的协同航迹规划

提出一种基于改进双向快速扩展随机树(RRT-Connect)算法的无人机协同航迹规划方法.首先针对基本RRT-Connect算法效率较低且采样具有随机性的缺陷,提出一种改进RRT-Connect算法,通过控制采样范围、引入目标引力来降低无效采样,加快算法的收敛性;利用混沌序列来保证采样节点一定的随机性.利用改进RRT-Connect算法考虑航迹规划模型的约束条件,并引入人工势场,提出一种协同航迹规划方法.通过仿真实验验证了改进RRT-Connect算法与基本RRT-Connect算法相比性能的优越性,以及协同航迹规划方法的有效性.     

基于改进一致性算法的无人机集群饱和攻击

针对无人机一般难以单独打击空防严密的高价值目标问题,采用低成本无人机集群饱和攻击技术,提出协同控制下的三阶段一致性饱和攻击策略,根据不同阶段的任务特点,设计对应的改进一致性算法,并在满足饱和攻击任务多条件协同的基础上,加入Dubins曲线增加飞行轨迹约束,平滑无人机飞行航迹,缩短航程.此外,在高精度队形保持的任务环境下,设计改进的二阶一致性控制器,确保飞行精度,加快收敛速度.最后,将各阶段改进算法的实际效果与传统算法进行对比,在验证改进算法有效性的同时,检验算法延展性.仿真结果表明,该算法可应用于大规模无人机集群并具有良好的效果,为饱和攻击战略决策部署与战术实现提供了依据和参考.