改进PID的无人机飞行姿态角控制消颤算法

无人机在整个纵平面飞行过程中,由于飞行姿态角的大幅度变化以及气流的作用,导致机身颤抖,影响飞行稳定性.提出一种基于PID变结构控制的无人机飞行姿态角控制消颤算法,首先进行了无人机飞行姿态角控制系统的被控对象参量分析,构建无人机在姿态角变化剧烈、大迎角飞行时的三通道模型,采用变结构控制方法进行控制器设计.结合小扰动原理和Lyapunov稳定性原理进行扰动抑制和稳定性证明,采用梯度算法调整权值进行飞行姿态角控制的消颤处理,采用自适应算法在线调整权值实现PID变结构控制改进.仿真结果表明:采用该算法进行无人机飞行姿态角控制和消颤处理,大幅度提高无人机飞行定姿的精度,横滚角、俯仰角和航向角的控制精度有较大提高,稳定性和收敛性较好,确保了无人机飞行稳定性.     

基于遥测技术的新型传感器柔性结构振动优化控制方法

为了提高新型传感器柔性结构振动抑制能力,提出基于遥测技术的新型传感器柔性结构振动优化控制方法。在速度坐标系、体坐标系下构建新型传感器柔性结构的振动动力学模型,采用卡尔曼滤波方法实现对新型传感器柔性结构振动参数的融合调节和小扰动抑制。采用气弹模态参数识别方法,进行新型传感器柔性结构的振动模态参数识别,提取新型传感器柔性结构振动特征量,采用遥测技术进行新型传感器柔性结构振动惯性参数识别,结合状态反馈调节方法进行稳定性控制,实现新型传感器柔性结构振动优化控制。仿真结果表明,采用该方法进行新型传感器柔性结构振动优化控制的自适应性较好,具有很好的振动抑制和控制能力。     

无人机低空滑翔抗攻击突防控制律优化设计

为了提高无人机的低空滑翔抗攻击突防和控制能力,提出一种基于快速模型预测的无人机低空滑翔抗攻击突防控制技术。采用融合传感识别技术进行无人机的姿态和位置参数信息采集,分析无人机的低空滑翔控制的物理环境参数模型,构建无人机飞行轨迹地图模型,使用标准卡尔曼滤波器进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制信息的融合处理,根据信息融合结果进行控制指令设计。采用动态基元轨迹跟踪方法,得到无人机低空突防控制的滑模面,在有限Morrey空间内采用串联弹性驱动控制方法求得在控制约束参量分布模型的最优解。根据无人机低空突防段的初始位姿参数进行快速模型预测和飞行轨迹跟踪,实现低空滑翔抗攻击突防控制。仿真结果表明,采用该方法进行无人机低空滑翔抗攻击突防控制的精度较高,无人机的姿态参数的自适应调节性能较好。     

高亚音速无人机姿态确定与控制系统设计

姿态确定与控制问题是无人机飞行控制设计中的关键问题.设计了高亚音速无人机的飞行控制系统,其硬件组成部分包括飞控计算机、组合导航计算机、电动伺服舵机、传感器、飞行参数记录仪以及地面检测装置;设计了基于速率陀螺、加速度计、磁航向计、GPS等多传感器系统的无人机姿态测量系统,并给出了基于信息融合卡尔曼滤波的姿态确定算法;设计了基于3个单变量控制回路的无人机姿态控制方案.仿真结果表明了高亚音速无人机的姿态确定方法和姿态控制方法的有效性.     

某小型无人机纵向扰动模型及静稳定性仿真

在无人机设计之初,有必要建立其扰动模型并对静稳定性进行仿真分析;在建立无人机纵向运动方程的基础上,针对某小型无人机进行了方程的数值计算和配平,运用现代控制理论,以飞行迎角的突然扰动作为控制信号建立了无人机的纵向扰动模型,提出一种新型的控制矩阵,更加全面、更加直观地反映了无人机的纵向扰动运动;通过对扰动模型的仿真,表明无人机的结构参数和气动参数使其具有可靠的纵向静稳定性;最后运用所建立模型,分析了不同迎角基准运动状态的选择对扰动过程的影响,对无人机基准运动状态的选择具有参考意义.     

捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性研究

在不考虑罗差情况下,建立了捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型,并结合无人机磁航向测量系统中框架式垂直陀螺仪的姿态测量特点,将其姿态误差源特征引入误差模型,全面分析了其航向角在不同飞行条件下的动态误差特性.对捷联式磁航向测量系统的航向角误差模型进行了仿真计算,并将仿真结果与飞行实验结果进行了比较分析.结果表明:捷联式磁航向测量系统的航向角误差动态特性符合无人机测量误差特点,能够为工程应用提供直接的理论依据.     

基于PID和LQR的四旋翼无人机控制系统研究

为提高四旋翼无人机的飞行稳定性、无人飞行器控制系统的鲁棒性和控制精度,以建立的四旋翼无人机飞行控制系统模型为基础,采用现代控制理论与传统控制论相结合的方法,针对姿态角速率、姿态角分别设计内环LQR(线性二次型调节器)控制器,及外环PID控制的双回路闲环控制器.充分利用PID控制器易于掌握且对模型要求精度低、LQR控制器能改善内回路的动态特性和稳态性能的特点,完成四旋翼无人机的飞行控制.通过实验遴选该双闭环控制器相关参数并进行优化,实验结果表明所设计的双回路控制器控制性能指标良好.     

自抗扰实现飞翼布局无人机全包线飞行控制

本文以大展弦比飞翼布局无人机为研究对象,基于线性自抗扰控制(linear active disturbance rejection control,LADRC)理论设计了包含内环姿态控制和外环轨迹控制的全包线飞行控制器.在姿态控制中,提出一种抗时滞LADRC控制方法,可以有效解决控制延迟和执行机构动态特性引起的LADRC响应振荡;在轨迹控制中,考虑飞翼布局无人机的气动特性,分别设计了高度、航向、侧向偏离等常用飞行模态的跟踪控制器.仿真结果表明,在气动参数存在不确定性及强风干扰的全包线环境中连续飞行时,所设计的控制器具有较好的控制性能和较强的鲁棒特性.与常规全包线控制方案相比,本文设计的全包线飞行控制器待整定参数较少,参数整定过程相对简单,为进一步的工程应用提供了参考.     

受控旋转弹飞行动力学建模和稳定性分析

选取带有控制系统的旋转弹为研究对象,考虑到控制环节不可避免的时滞及气动非线性效应,从理论上进一步完善了旋转弹动力学模型.从模型的特征方程出发,以时滞、控制增益为分岔参数,对系统的零平衡点稳定性进行了分析,得到平衡点失稳后发生Hopf分岔的临界参数值,并在理论预测的情况下数值模拟了攻角和侧滑角在不同情况下的失稳情况以及Hopf分岔周期解振幅随分岔参数的变化情况.数值结果表明了理论预测的正确性,时滞虽未改变旋转弹锥形运动方式,但是却大幅度的减小了稳定飞行控制增益的取值范围,因此在旋转弹姿态稳定性系统设计过程中时滞的影响不可忽略.     

一类旋转弹在高空中的锥形运动稳定性

为揭示弹箭在高空飞行过程中由于重力持续作用产生大攻角的物理本质,建立了弹道平面内时变参数的弹体运动数学模型,并推导了弹体在高空飞行段的攻角响应方程.同时,为了分析弹道顶点附近锥形运动的稳定性,综合考虑弹体姿态运动和位移运动建立了旋转弹锥形运动的动力学模型.针对大攻角引起显著气动非线性效应的情况,采用李雅普诺夫一级近似方法,给出了弹道顶点附近弹体锥形运动的稳定判据,并通过数值仿真验证了其正确性.     

四旋翼无人机控制系统设计

目前无人机已广泛应用到各行各业,其中无人机的稳定控制一直是研究的核心。在飞控系统中各参数的选择对无人机的稳定控制有着至关重要的作用。以STM32微控制器为核心,利用MPU9250采集四旋翼无人机的姿态数据,配合卡尔曼滤波算法对传感器所采集的数据进行融合滤波,从而实现精准的姿态测量。根据飞行姿态结合PID控制算法,完成对四旋翼无人机飞行姿态的控制。     

无人机数据采集EKF滤波悬停稳定的研究与应用

许多国内外的研究机构致力于四旋翼无人机飞行控制姿态和高度悬停稳定的研究,以实现四旋翼无人机的自主飞行。四旋翼无人机是一种多输入、强耦合、多变量、欠驱动的系统,其稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性对飞机性能起着决定性的作用。针对四轴无人机悬停运动测试环节中不稳定的影响,基于已有的无人机平台,最新科研前沿的文献,以ARM嵌入式系统作为上位机,设计了一个无人机数据采集的扩展卡尔曼滤波器(EKF),结合二次型最优控制预估气压计最优初始矩阵值进行开源编程。从扩展卡尔曼滤波器的建立与优化,原程序气压计程序严谨的探讨、衔接和写入飞控,最终在软件匿名科创地面站上,通过无人机对气压计大量实时悬停数据采集,实验仿真进行滤波图形对比验证和无人机实际运行的稳定性分析表明,提出的无人机数据采集扩展卡尔曼滤波方法效果良好,具有良好的应用和推广价值。     

基于深度学习的四旋翼无人机控制系统设计

针对传统四旋翼无人机控制系统受到外界干扰,无法及时躲避障碍物而导致控制精准度低的问题,提出了基于深度学习的四旋翼无人机控制系统设计。根据四旋翼无人机控制系统总体结构,加入超声波测距模块。依据系统硬件框图,采用TMS320F28335型号主控芯片,实现关键态势智能分析。以串级 PID 控制器的控制对象为无人机姿态角度,控制电机转速。根据DSP发出不同占空比的PWM信号,改变无人机飞行姿态,依据执行机构驱动原理,保证无人机飞行时的平衡状态。使用红外遥控系统,应用编/解码操控集成电路芯片,采用TS0P1738型号红外线接收器,适合于红外线遥控数据传输。构建深度学习目标控制模型,利用处突阵法与三角形相似原理,计算像素尺寸,获取障碍物距无人机当前位置距离,避免受到外界障碍物干扰。自适应扩展Kalman滤波器技术对无人机自动控制系统有效减小测量误差,准确地对机动目标进行追踪。由系统调试结果可知,该系统控制的俯仰角、航向角、横滚角与实际值一致,对处理突发性群体事件具有重要意义。     

多旋翼无人机磁罗盘校准方法

为提高多旋翼无人机航向角解算精度,研究磁罗盘校准和罗差补偿方法。通过详细分析罗差产生原因,并结合多旋翼应用,将磁罗盘干扰划分为机体坐标系静态干扰、机体坐标系动态干扰、导航坐标系静态干扰、导航坐标系动态干扰四大类。针对机体坐标系动态干扰,结合多旋翼应用背景,研究干扰的离线测量与在线补偿方法;针对机体坐标系静态干扰,提出一种飞行过程中实时校准方法;针对导航坐标系静态干扰,创新性采用GNSS模块的速度方向信息修正罗差;导航坐标系动态干扰为原理性误差,这里暂不讨论。结果表明：研究内容可有效补偿机体坐标系动态与静态干扰,以及导航坐标系静态干扰对磁罗盘和航向角解算精度的影响,有助于改善无人机的飞行性能。     

菱形翼布局无人机自抗扰直接升力着陆控制

针对采用传统的着陆控制方法时,菱形翼布局无人机存在着陆俯仰姿态角为负,对无人机着陆不利的情况,提出一种采用直接升力进行着陆的控制方案,可以实现着陆轨迹与着陆姿态之间的解耦,使得无人机可以以较好的姿态进行着陆.采用自抗扰控制(ADRC)方法分别设计了无人机非线性直接升力控制律以及着陆轨迹跟踪控制律.仿真结果表明:采用ADRC设计的非线性直接升力控制律可以实现直接升力控制的3种模式,并且对气动参数摄动具有较强的鲁棒性;采用直接升力着陆控制方法可以使得无人机以有利的姿态进行着陆,同时在近地面突风作用下,无人机依然可以以较好的姿态进行着陆.