基于DM3730的微小型四旋翼自主着陆视觉系统研究

为实现微小型四旋翼无人飞行器的视觉导引自主着陆过程,采用TI公司DM3730芯片作为核心处理器,构建一套自主着陆视觉导引处理系统。手动飞行实验结果表明,在常规条件下,该系统能够有效识别人工着陆标识,并解算出其与飞行器的相对位置信息用于自主着陆导引。     

视觉技术辅助的无人机自主着陆组合导航研究

为提高无人机自主着陆过程中导航系统的自主性与精确性,设计了一种视觉辅助惯导组合导航方法。该方法以惯导误差方程为过程方程,以着陆过程中单目摄像机2个时刻所得地面特征点投影之间的双视图几何约束为量测方程,构建了非线性滤波器;利用SR-UKF方法实现了惯导误差估计,提高算法效率的同时有效地避免了UKF中由于矩阵开方运算导致的滤波失效;最后根据估计结果校正了惯导导航数据。仿真结果表明:该方法能够提高导航系统精度,使误差降低到惯导系统的8%左右。     

四旋翼飞行器的模型参考自适应控制研究

针对四旋翼飞行器的姿态控制中的受扰动问题,提出了使用模型参考自适应算法加强四旋翼飞行器的姿态稳定性;常规控制器对四旋翼飞行器受扰时的控制很不理想,模型参考自适应控制器在外部干扰或环境影响出现时,能够结合参考模型,提高控制系统的动态品质;结合动力学模型并加以适当简化,设计了常规反馈控制器和模型参考自适应控制器,并进行了数据仿真实验;结果表明,模型参考自适应控制器能够在很大的范围内有效屏蔽干扰,缩短稳定控制时间,验证该算法在四旋翼飞行器姿态控制中是可行有效的。     

无人机自主着陆高度控制系统设计研究

无人机自主着陆是无人机任务执行后顺利回收的重要阶段。论文根据固定翼无人机着陆滑跑的特点,设计了无人机着陆滑跑的下滑高度轨迹及高度控制回路。在已知无人机着陆性能和空气动力学模型的情况下,根据无人机飞行任务的需求,研究了直线下滑段的轨迹设计,利用指数拉平方法设计了末端拉平段的轨迹,并结合PID控制技术对无人机的纵向俯仰控制回路以及整个无人机高度控制回路进行了建模和详细研究,利用MATLAB仿真技术对设计的控制方案的性能进行了详细分析,获得了相应的关键设计参数。对设计的高度控制回路方案的数学仿真和基于FlightGear飞行环境模拟系统的半物理仿真验证了所设计的自主着陆高度控制系统的可行性,具有一定的参考实用价值。     

基于改进单神经元的四旋翼PID控制器设计

针对传统PID控制算法对四旋翼飞行器的姿态角进行控制时,其控制参数很难随着环境的变化进行自整定,进而影响四旋翼飞行器的稳定性的问题,提出了一种改进的PID控制算法;该算法通过改进单神经元中的K值公式提高了K_p、K_i、K_d的学习速率,从而提高了系统的响应速度;通过增加超调惩罚措施,通过适当的放大或缩小超调,可以使系统超调达到最小;通过与增量型PID、标准二次型单神经元PID算法进行比较,并且进行仿真实验;结果表明:所提方法具有参数自整定能力强且快速响应、鲁棒性强及稳定性好。     

基于自适应单神经元PID的四旋翼飞行控制研究

针对传统增量式PID控制算法在四旋翼飞行器的姿态控制中自整定参数不足的缺点,提出了一种改进的自适应单神经元PID控制算法,该算法在单神经元加权系数调整的基础上引入PSD自适应控制方法,增加了对比例系数的自适应调整;通过建立四旋翼飞行器的动力学模型和飞行试验平台对该改进算法进行仿真验证;仿真结果表明,采用自适应单神经元PID算法的控制器结构简单且响应速度快,精度高,具有更高的鲁棒性和自适应能力,能有效的实现四旋翼飞行器姿态的稳定控制。     

基于遗传算法的四旋翼无人机系统参数辨识

建立准确地系统模型是实现四旋翼无人机的自动飞行控制的基础,为此提出了一种遗传算法,并将其应用于四旋翼无人机系统参数辨识当中。首先,根据四旋翼受力分析建立了小角度下的线性系统模型;然后,将遗传算法应用于线性模型未知参数的辨识中;最后,分别对比了滚转、俯仰和偏航方向的加速度值与实际测量值。实验结果表明在悬停状态或小角度飞行状态下,该辨识方法能够建立比较精确的系统模型。     

四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统

为了便于对四旋翼无人机控制算法进行实验仿真和验证,联合Solidworks和Matlab/SimMechanics工具箱设计了一种四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统;利用Solidworks搭建了四旋翼无人机三维实体模型,并通过Solidworks和Matlab转换接口将该实体模型导入到Matlab/SimMechanics中;Matlab/SimMechanics提供了了三维可视化窗口,可以显示无人机的实时仿真状态;仿真平台在Matlab/SimMechanics环境中实现,与Matlab/Simulink通信方便,可方便的将Simulink设计好的控制算法添加到仿真系统中,以进行验证和参数整定,还具有姿态分析和数据分析等功能;轨迹跟踪仿真结果表明,四旋翼无人机可视化轨迹跟踪仿真系统直观可视,准确可靠,能较好地对控制算法进行研究和测试,对四旋翼无人机以及控制算法的研究和开发具有重要价值。     

四轴飞行器视觉组合导航系统设计与实现

为实现四轴飞行器的自主飞行,设计了该视觉导航系统;采用基于ARM处理器的飞行控制器和导航控制器的双CPU结构,提高了系统的运行速度;飞行控制部分采用四元数解算姿态,运用经典的PID控制设计了X、Y、Z三个轴的PID控制器进行整个系统的飞行控制;导航部分采用不敏卡尔曼滤波(UKF)融合惯导位置和视觉位置,从而给出载体最优位置,提高导航精度;实验结果表明,基于图像和惯性导航的视觉组合导航方式可使导航精度保持在0.5 m内,同时整个系统具有较好的快速性和稳定性。     

基于自抗扰技术的四旋翼飞行器视觉伺服控制器设计

基于自抗扰控制技术的四旋翼飞行器视觉伺服控制器克服了惯性传感器无法获取位置信息的缺点,提高了飞行器的灵活性,能够胜任更复杂的任务;文章主要针对基于四旋翼无人飞行器的视觉伺服控制技术问题展开相关研究;选用基于HSV颜色空间的颜色特征提取的方法实现目标跟踪,再通过三角形法则确定飞行器与目标在世界坐标下的相对位置,最后引入自抗扰控制技术设计了水平位置控制器与姿态控制器;通过实验结果分析,文章设计的飞行器视觉伺服控制器可以准确地跟踪目标并实施高精度定位,并且控制系统鲁棒性强,跟踪误差小,能够有效地完成视觉伺服控制任务。     

系留旋翼平台建模与控制技术研究

文章提出了一种系留旋翼平台,首先介绍了系留旋翼平台与普通旋翼飞行器之间在结构和控制方式的异同点,其次针对系留旋翼平台进行动力学分析并建立其动力学模型,然后依据所建立模型采用PID控制方法对姿态、偏航以及位置进行控制,最后对系统进行了Simulink仿真,仿真结果证明系统采用模型和控制器,控制效果良好,对实际设计具有指导作用。     

四旋翼无人机速度控制系统设计

微小型多旋翼无人机在气象监测、低空侦查、灾区救援等领域中具有广泛的应用。在无人机姿态控制的基础上设计速度控制系统,该速度控制系统采用加速度计、角速率陀螺仪和GPS测量数据,并设计卡尔曼滤波器来抑制传感器噪声,同时估计无法测得的状态变量。为了减小无人机的建模误差并提高控制系统鲁棒性,采用了模型参考滑模控制理论(Model Reference Sliding Mode Control,MRSMC)设计速度控制器。     

四旋翼飞行器的自主巡航控制系统设计

针对四旋翼飞行器为六自由度,四控制量的欠驱动系统,将四旋翼飞行控制系统简化为姿态子系统和位置子系统,采用MIMU(微惯性测量组合)及GPS融合的导航方法,采用PID飞行控制策略,实现了利用地面站软件加载数字地图并进行自主巡航。     

基于CompactRIO的四旋翼飞控实时仿真平台设计

针对四旋翼无人机实时飞行控制系统的控制算法设计与参数整定,设计了一种基于CompactRIO的飞行控制系统实时仿真平台,该平台使用两台CompactRIO作为主控制器,分别在其嵌入式实时系统(VxWorks)中运行Simulink设计的无人机动力学模型与飞行控制系统模型,并使用LabVIEW开发PC上位机监控程序,用于调整飞行状态和整定控制参数。经试验证明,该平台实用性强,可视化程度高,实时性好,能较好地对四旋翼飞控系统进行实时仿真验证。     

基于激光雷达的多旋翼飞行器实时避障系统

针对多旋翼飞行器的障碍物规避问题,提出一种基于激光雷达的自主飞行多旋翼飞行器避障系统,实现多旋翼飞行器自主飞行的实时避障;该避障系统针对静态、低速运动障碍物,综合飞行器本体姿态、速度、加速度等状态信息,建立基于改进势场法的避障模型和算法;在机器人操作系统(ROS,Robot Operating System)平台进行该避障系统的软件实现,其通过串口与飞控进行通信,完成多旋翼飞行器的自主避障飞行;同时,为了使该系统能在强光环境正常工作,在不影响系统实时性的前提下,对激光雷达的干扰问题进行优化设计;大量实验表明:该避障算法计算量小,能够保证避障系统的实时性,在机体慢速以及低速运动(机体与障碍物之间的相对运动速度小于等于3 m/s)的场景中能够正确检测范围6 m内,并迅速规避障碍物。     

智能化上料系统中工件视觉定位的研究

随着我国工业生产行业的快速发展,人工上料越来越难以适应,为解决工业生产线生产效率不高,人工成本过大,智能化不足等问题;基于国内外现有工件定位方法的研究,采用机器视觉对工件定位进行研究,利用工业相机采集图像信息,上传到PC端中 NI Vision软件进行图像预处理、边缘检测,并基于边缘检测结果提取质心点,然后利用坐标转换算法,获得对应世界坐标系下的坐标值,通过通信单元传送给机器人控制系统,控制机器手移动;经验证,算法不仅稳定可靠,而且易于修改,所得结果精度相对较高。     

基于单位四元数的四旋翼编队反演控制方法

针对四旋翼无人飞行器,研究了在理想通信条件下编队控制问题。四旋翼无人飞行器具有复杂的数学模型,首先用四元数描述其动力学和运动学模型,将其分解为位置和姿态两个相互独立的子系统,通过引入与期望轨迹之间的误差建立了跟踪误差模型;指定编队中一名成员为领航者,编队成员通过一致性算法得到编队的几何中心位置,并以此作为期望轨迹。通过Backstepping方法为每一架四旋翼设计时变反馈控制律使编队达到镇定;最后通过仿真实验验证该控制方法的有效性。     

全景视觉系统发展与应用

全景视觉系统具有视场范围大的特点,并且系统结构种类繁多,各有特色,已广泛应用在机器人导航、空间探测、视频监控、虚拟现实、环境感知技术等民用或军用领域;全景视觉系统由全景视觉光学成像系统、图像传感器、图像处理系统和输出图像显示等组成;文章主要从全景视觉成像角度对全景视觉系统进行分类,并详细介绍了每一类的全景成像原理、发展现状和应用情况,最后对每种类型全景视觉系统的优缺点给予分析总结。     

四旋翼惯性导航姿态解算算法的改进与仿真

为了实现四旋翼飞行器的高精度导航,提出了互补滤波法和四元数算法对传感器获得的数据进行修正,最大限度的抑制干扰误差并提高姿态角解算的准确度。首先简单推导了捷联式惯性导航系统的算法基本原理并利用互补滤波算法进行改进,然后给出了惯性导航系统的力学编排模型分析旋翼飞行器的运动姿态。最后仿真验证数据选用惯性仪表MPU6050和HMC5883所得到实测数据采集并进行仿真分析,平台处理器选用STM32来仿真惯性仪表的测量速度,最终得到实验结果证明算法可行性。     

悬停状态下四旋翼飞行器特征模型的辨识

为了解决四旋翼飞行器模型阶次较高的问题,对悬停状态下四旋翼飞行器的特征模型进行了研究;首先,分析建立了四旋翼飞行器的动力学模型,并利用小扰动原理对模型进行简化,得到飞行器的特征模型结构;进而,搭建飞行器辨识实验平台,获得可靠的输入输出数据;最后,为了保证飞行器初始阶段稳定性,选择适合的参数初值,并通过模型拟合度选择在线递推算法,建立了飞行器的特征模型;通过对实验结果的分析,表明了所建特征模型的有效性。