基于改进自适应UKF算法的飞行器姿态确定

针对飞行器姿态估计系统问题,UKF存在抗干扰能力差的缺陷,提出一种改进的自适应UKF。该算法通过引入自适应因子来调整状态增益矩阵,可以较好地克服干扰。实验仿真结果表明了本文提出的算法的有效性。     

小型尾坐式飞行器航姿参考系统

针对小型尾坐式飞行器姿态实时解算问题,研究了低成本的航姿参考系统(AHRS).由于MEMS惯性器件精度较低,设计了混合卡尔曼滤波器,以姿态四元数和陀螺随机漂移为状态变量,抑制了载体长时间飞行时陀螺漂移造成的累积误差.由于加速度计输出值在除重力加速度之外的附加加速度较大时不可信,完善了判断载体运动状态的方法,根据加速度计的实际输出,选择加速度值或者磁场强度作为观测量.实验结果表明,设计的算法在精度和计算效率方面都能满足控制系统的需求,更加适用于对实时性有较高要求的飞行器.     

双旋翼尾坐式飞行器建模及悬停姿态控制

基于双旋翼尾坐式飞行器的飞行原理,建立了其动力学模型,并对模型参数进行了整定。而后对其悬停模式下的姿态自稳定性进行了分析,并设计控制器对系统进行了校正。通过仿真和实验,验证了所设计的控制器具有较强的稳定性和鲁棒性。     

尾坐式飞行器过渡模式纵向姿态控制

针对尾坐式飞行器由垂直飞行模式向水平飞行模式转换过程中产生的模型参数变动干扰问题,设计了模糊滑模控制器进行姿态控制,利用模糊规则自适应调整趋近律以消除系统的抖振;通过仿真和飞行实验,验证了所设计的控制器具有良好的跟踪性能和鲁棒性,可以克服飞行器在过渡模式下系统参数的变动干扰,而且削弱了滑模控制器造成的输出抖振,减轻了副翼执行机构的负担。     

自适应混合滤波算法在微型飞行器姿态估计中的应用

针对低成本惯性测量单元(IMU)存在漂移和噪声干扰等问题,提出了一种具有自适应参数调节的混合滤波算法。采用四元数法进行系统模型的描述,用梯度下降法对加速度计测得的数据进行处理,再通过互补滤波器将其与陀螺仪测量值进行融合,形成混合滤波算法。同时,考虑到飞行姿态的复杂性,进行参数λ的自适应调节,因而改进后的混合滤波算法,能保证各种飞行姿态变化情况下实时姿态的最优估算。实际系统在线实时性能测试表明,提出的算法简单,估计精度高,易于在嵌入式系统中实现,具有较高推广应用价值。     

基于计算机视觉的飞行器姿态快速估计方法

对无人飞行器编队中,队形保持阶段的飞行器姿态估计问题,进行了探索研究和仿真分析;基于计算机视觉中的弱透视投影理论,提出了一种快速的飞行器相对姿态估计方法;利用机载摄像头获得飞行器图像,提取、匹配飞行器图像的三个特征点,用图像中第四点决定姿态变化的方向,实现相对姿态的估计;通过仿真实验分析表明,提出的方法不依赖于特定的飞行器模型,不需要飞行器正面视图;且方法运算快速,计算简单,准确性较高,可以用于飞行器实时姿态估计。     

自适应无迹卡尔曼滤波算法在地磁导航中的应用

考虑到地磁导航过程中,无迹卡尔曼滤波(UKF)受初始值误差、系统噪声不确定性和环境磁异常扰动这些因素的影响,将自适应估计原理引入到UKF算法,提高UKF算法的收敛性和地磁导航系统的稳定性.计算结果表明,在地磁导航系统数据处理中,UKF算法略优于扩展卡尔曼滤波(EKF),自适应UKF算法优于自适应EKF算法,自适应UKF算法能够很好地抑制初始化误差、系统噪声不确定性和环境磁异常扰动对导航解的影响,进一步提高地磁导航系统的定位精度和可靠性.     

飞行器自适应神经网络时滞控制

在飞行器稳定性控制问题的研究中,针对含有外部扰动、参数不确定性、状态和控制时滞的非线性飞行器系统,提出了一种时滞状态反馈控制与神经网络自适应估计相结合的方法.对非线性系统线性化处理得到飞行器线性模型,并由线性矩阵不等式(LMI)设计反馈控制律;采用径向基函数(RBF)神经网络自适应在线估计策略,对反馈控制律进行补偿以消除未知非线性影响;采用Lyapunov稳定性理论证明了在所设计控制律作用下,闭环系统渐近稳定同时满足H∞性能指标.仿真结果验证了上述方法的可行性及有效性.     

基于鲁棒伺服思想的尾坐式飞行器悬停姿态控制

针对一款小型飞翼布局的尾坐式垂直起降飞行器,通过考虑舵面失效、风场干扰、气动参数不确定以及转动惯量不确定等因素的影响,进行悬停阶段的姿态控制研究.根据悬停状态点线性化的运动学和动力学模型,设计鲁棒伺服线性二次型调节器(RSLQR)控制器来保证标称系统良好的响应及鲁棒性.同时,考虑到较大不确定及扰动下RSLQR控制器性能下降的不足,希望飞行器能够尽量在平衡点附近较大的范围内工作,为此设计L1自适应控制器进行补偿,以使系统性能得到恢复.考虑到控制器的时延裕度对系统稳定性有着重要影响,讨论控制器参数与系统时延裕度的关系.通过仿真验证不同不确定影响下系统良好的性能,并提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的补偿方法,以使设计的控制系统在飞控硬件性能较为有限时,依然能够保证良好响应.最后,通过飞行测试对所提算法的有效性和可行性进行验证.     

基于混合滤波的四轴飞行器的姿态解算

针对四轴飞行器的姿态解算出现的姿态角数据漂移问题,提出一种基于Mahony滤波和互补滤波相结合的混合滤波算法,将传感器采集到的加速度、角速度以及磁场强度数据进行融合,利用加速度计和磁力计的向量偏差来对姿态解算过程中陀螺仪产生的积分累计误差进行修正.最后,建立姿态解算测试平台对混合滤波算法进行实验验证.实验结果表明,采用混合滤波算法的一次迭代滤波所需的平均用时为3.826 ms,比其他算法的平均用时短,混合滤波能有效地修正陀螺仪的积分累计误差,在降低运算复杂度的同时提高姿态解算的精度.     

基于自适应显式互补滤波的姿态解算方法

显式互补滤波(ECF,explicit complementary filter)原理简单、计算量小,被广泛应用于低成本的姿态检测系统中.针对显式互补滤波中PI参数只能试凑的问题,给出了其PI参数设计规律及其离散化形式,并提出了自适应显式互补滤波(AECF,adaptive explicit complementary filter)算法.该算法根据加速计的输出,判断载体的运动情况,实时调整PI参数,从而提高姿态估计的精度.实验测试表明,自适应显式互补滤波的静态和动态性能均优于固定增益的显式互补滤波.     

互补滤波算法在四旋翼飞行器姿态解算中的应用

针对四旋翼飞行器飞行过程中的姿态最优估计问题,本着准确、快速的原则,选择了基于陀螺仪、加速度计和电子罗盘的捷联式惯性测量系统.由于这些传感器存在温度漂移和噪声干扰等问题,采用互补滤波算法,通过融合IMU多传感器的数据信号,对测得的姿态数据进行补偿修正,解算出高精度的姿态角.为了验证互补滤波算法的有效性和实用性,通过实际的四旋翼飞行器角度测量系统对互补滤波算法展开研究.结果表明姿态角解算中采用互补滤波算法能够快速、稳定的输出高精度姿态数据,姿态角最大跟踪误差控制在±2°以内,满足四旋翼飞行器飞行控制的要求,成功完成了姿态的最优估计.     

基于PI自适应卡尔曼滤波的无人机姿态解算算法

针对无人机姿态解算过程中,机载加速度计噪声时变,导致姿态估计值出现较大误差的问题,提出了一种基于PI自适应卡尔曼滤波的姿态解算算法,通过监视残差方差的理论值与实际值的差值,利用PI控制算法对观测噪声协方差矩阵进行在线修正,来解决由于噪声估计不准而导致滤波发散的问题。实验结果表明,即使是在无人机的姿态发生剧烈变化时,该算法依然具有良好的精度,鲁棒性较好。     

基于伺服电机的飞行器模型姿态角控制系统

主要介绍了基于交流伺服电机的飞行器模型姿态角控制系统的硬件组成和软件功能,控制系统结合了交流伺服电机、伺服单元、工业控制计算机(工控机)和可编程逻辑控制器PLC的优点,当模型名义角度在-4°～12°之间时,角度控制精度都在±1′以内,接近国军标先进水平.     

基于PID的四旋翼飞行器姿态控制系统

飞行控制系统很大程度上决定了四旋翼飞行器的飞行性能。分析飞行器模型,并在此基础上设计实现一种基于PID(Proportion, Integration, Differentiation)控制方法的飞行器姿态控制系统。整个控制系统包括第1阶段的四元数姿态解算（PI）和第2阶段的油门计算（PID）。通过PI方法融合加速度和角速度传感器的输出,计算出飞行器当前的姿态角;通过PID方法融合当前姿态和目标姿态控制电机油门输出。上位机通过蓝牙获取飞行器数据,结果显示该系统能很好地保持飞行器的稳定姿态。     

基于工程约束与权重优化的民机部段柔性调姿算法实现

民用飞机具有产品复杂、气动外形要求严格、产品构型众多、零部件数量巨大等特点,飞机制造过程中装配技术要求和工作量占比远高于其他一般的机械产品加工行业.调姿对接装配是装配工作的重要内容,高精度、低应力的对接装配是飞机成功制造和安全飞行的保证.基于奇异值解算与优化算法,根据民机装配工艺要求,在Python环境下开发并实现无权...     

基于多传感器融合的四旋翼飞行器姿态监控

设计了一种基于多传感器融合的四旋翼飞行器姿态监控系统.在有限的单片机计算资源下,通过卡尔曼滤波,对陀螺仪、加速度计和磁强计的测量数据进行数据融合,解算出姿态信息.减小了因电机引起的振动、低成本微机电系统(MEMS)传感器误差较大等因素对姿态信息解算时造成的干扰.通过无线将姿态信息传输至上位机,以民航客机中的主飞行显示器(PFD)形式,对飞行参数进行直观的图形化显示,实现了对四旋翼飞行器的姿态进行监控.     

基于干扰抑制控制的飞行器姿态跟踪

本文针对飞行器姿态跟踪控制问题, 考虑系统的内部模型不确定性和外界扰动, 设计了使跟踪误差一致最终有界的控制器. 以四元数为姿态参数, 建立系统的非线性误差模型; 将控制系统分为内环观测器和外环控制器分别设计, 其中, 线性扩张状态观测器作为系统内环将实际系统补偿为标称模型, 而外环非线性控制器则用于镇定非线性标称系统. 最后, 利用Lyapunov理论得到了一致最终有界的稳定性结论, 并基于频域理论, 分析了线性扩张状态观测器阶次对系统性能的影响. 姿态跟踪实验表明, 本文设计的控制系统能够有效实现飞行器的姿态跟踪控制.