无人机自主编队飞行控制的技术问题

从未来无人机的性能需求出发,详细描述了无人机编队飞行的功能特点和核心技术。根据无人机的任务要求,将编队飞行分为作战编队、侦察编队和混合协同编队,同时研究了编队飞行控制的关键技术,并对无人机编队重构技术进行了探讨和分析。     

基于预测控制方法的UAV视觉编队飞行控制律设计

传统的无人飞行器(UAV)视觉编队控制律考虑约束的能力不足,制约了其工程实际应用。针对不足,基于预测控制方法设计了一种能够显式考虑约束的视觉编队控制律,该控制律通过滚动求解有限时域优化问题得到跟随飞行器(follower)的控制输入。利用相对距离变化率和视线方位角变化率预测值与实测值的偏差信息,提出了领航飞行器(leader)加速度的在线估计算法。仿真结果表明,所设计的编队控制律能够控制follower飞行器快速跟随leader飞行器形成期望的编队,所提出的leader飞行器加速度估计方法可行,具有较小的估计误差。     

编队飞行卫星的协同指挥控制

通过协同控制反射镜卫星和探测器卫星，预期精密编队飞行可以实现虚拟的长焦距望远镜。本文对精密指挥控制虚拟望远镜的控制策略进行了讨论，表明通过灵活分配反射镜卫星和探测器卫星的控制权可能实现全面燃料最佳化。     

小型无人机飞行控制系统设计

飞行控制系统作为无人机的核心，对无人机的性能具有决定性的影响。本文是论述一种小型无人机飞行控制系统的基本设计方法，首先介绍了小型无人机飞控系统的基本功能及组成，其后对飞行控制回路、飞行控制模态等问题分别进行了详细介绍，最后完成了该控制系统的数字仿真。     

无人机编队飞行面临问题及关键技术研究

随着无人机任务的复杂性增加,无人机编队飞行成为无人机发展的新方向。为了研究无人机由于编队带来的新问题,分析在单架无人机执行任务时所遇到的问题及无人机编队飞行的必要性,并在分析无人机编队飞行的特点基础上,阐述编队飞行过程中所需解决的问题。通过查阅近几年国内外对于无人机编队的问题研究,总结整理出无人机编队主要面临的队形保持中控制器设计、防撞避障及航迹规划中路径优化等问题。针对各个问题,对编队飞行过程中的关键技术进行探讨和分析。     

机载编队飞行InSAR的运动误差分析与补偿

该文分析了机载编队飞行InSAR中的运动误差问题。将飞机间距变化(垂直航迹的基线变化)情况分为间距逐渐增大、间距逐渐减小、间距呈正弦曲线规律变化3种情况讨论。推导了相位变化与基线变化的定量关系, 给出了飞机间距变化和速度差异的仿真结果。采用方位向去斜坡处理,提出在测绘区域内放置两个控制点,补偿基线变化导致的相位误差,可以大幅度地提高整片区域数字高度模型的精度。仿真结果说明该分析正确。     

无人机编队的滚动时域控制

滚动时域控制(RHC)具有状态约束和输入约束处理、综合多控制目标、适应条件变化等特点,在编队控制领域渐受关注。无人机编队控制涉及队形描述、气动耦合、位置关系描述、控制算法等问题,针对目前应用范围较广的长机-僚机描述的松散编队控制,提出基于二次规划描述的RHC编队控制方法,设计了基于标准RHC的编队控制器。在此基础上,结合不变集理论设计了双模RHC编队控制器,分析了其应用局限性及对控制器参数设计的指导意义。仿真实验验证了控制律的有效性,并分析了控制器参数对闭环性能的影响。     

编队飞行防撞系统防撞模型研究

针对飞机编队飞行防撞系统的功能要求,采用时间碰撞威胁度和空间碰撞威胁度的方法建立了编队飞行碰撞威胁的探测模型,给出了基于机载防撞系统的编队飞行模拟测试系统的仿真方法和测试方案,并且进行了计算机仿真和测试.仿真结果表明,该编队飞机防撞模型能够为飞行员提供侵犯告警咨询信息和正确编队的位置指示.     

临近空间编队飞行合成孔径雷达数据仿真

真实合成孔径雷达（SAR）数据的稀缺严重限制了临近空间编队飞行SAR的研究进展,为此,对SAR数据的仿真进行了研究。针对临近空间编队飞行SAR大天线视角的情况,分析了其空地几何关系,提出了能够完全描述其空间几何关系的九坐标系框架,以及每个坐标系的具体定义。根据临近空间编队飞行SAR的信号数学模型,针对空地全链路各环节的误差,提出了能够全面反映临近空间编队飞行SAR工作物理过程的回波数据仿真方法。数字仿真结果验证了该方法的有效性,可以为临近空间编队飞行SAR的研究提供可靠的数据源。     

无人机紧密编队协同控制设计与仿真

研究了紧密编队无人机所受气动耦合的影响以及三维环境下的编队控制方法,分析了在气动耦合影响下编队的动力学特性和运动学特性,建立了紧密编队控制的数学模型。根据编队飞行实体试验的工程控制方法,采用经典PID控制设计了紧密编队控制系统。仿真实验表明,设计的控制系统能够较好地实现无人机紧密编队队形形成与保持,并且具有编队形成速度快、编队误差小的优点。     

非线性系统解耦控制理论在飞控中的应用

首先介绍了一种仿射非线性系统的解耦控制方法,然后采用该方法为某机动飞机设计了解耦控制律,最后对所设计的飞机飞行控制系统进行了闭环仿真研究。仿真结果表明,所设计的控制系统具有良好的解耦性能,可以同时完成较精确的纵向和侧向机动,并且系统动静态品质良好。     

无人机飞行控制系统故障诊断专家系统设计

根据无人机飞控系统的特点及其智能故障诊断的需求,采用专家系统技术设计无人机飞行控制系统的故障诊断.该文在阐述无人机敞障诊断专家系统背景的基础上,构建了无人机飞控系统故障诊断专家系统的总体结构;详细论述了教障诊断知识库的建立和推理机的设计;并结合相关型号工程给出了具体的示例.经实际论证,本系统可正确对飞控系统故障进行全面...     

飞行控制系统可视化仿真平台设计

提出了一种通用的飞行控制系统可视化仿真平台的设计与实现方案,具有控制系统可视化建模、仿真执行效率高、易于扩展和通用性强的优点。该平台在某型飞机模拟器基础上,设计了基于改进A*算法的静态航迹规划和基于电荷法的动态航迹规划。以并行化计算的思想设计了系统的总体框架,并通过OpenMP多线程并行多核编程技术和Matlab并行计算工具箱的SPMD(Single Program Multiple Data)技术实现了平台仿真的并行解算,大大提高了仿真效率。以"Beaver"多模态自动驾驶仪仿真设计为例,验证了平台的可行性。     

基于改进Fuzzy-PID控制理论的无人机纵向飞控律设计

针对无人机飞行中存在大量的随机干扰和不确定误差等问题,常规的PID控制器不能满足高精度、高灵活性和强适应性的要求,提出了基于改进Fuzzy-PID控制理论的飞控律设计。该设计使用模糊规则下的切换开关来完成PID控制和Fuzzy控制输出量的加权,使控制具有两者的优点。通过调整模糊隶属度函数参数,可以得到系统的最佳控制方案。仿真结果表明:基于改进Fuzzy-PID控制理论的飞控律明显优于常规控制理论,具有较强的适应性和灵活性,在提高无人机的飞行控制系统性能上具有实际意义。     

基于改进微分进化的无人机编队重构安全控制

无人机编队在环境或任务发生变化时,需要进行编队重构。在对无人机编队重构安全控制问题进行分析的基础上,采用分布式模型预测控制(DMPC)的思想,将重构问题转化为一系列在线优化问题。结合安全性约束条件建立其重构代价函数,提出一种基于改进微分进化的分布式模型预测控制算法(DE DMPC）求解每个时域内的代价函数优化问题。通过仿真证明,该算法能够实现编队重构安全控制,且较标准微分进化算法性能更好。     

面向协同突防的无人飞行器自动编队控制

对无人飞行器编队协同干扰式突防问题进行了描述。基于有限状态机设计了管理编队协同突防中离散事件的编队管理器, 负责接收外部指令、参考点位置、邻居状态以及无人飞行器自身的状态, 并对编队控制律进行切换, 对编队协同干扰突防进行分析并确定了自动编队控制的流程。仿真结果表明, 所设计的编队管理器能够根据各离散事件自动切换编队控制律, 完成编队队形保持与重构之间的转换; 实时解算的期望位置满足协同干扰突防所要求的编队构型约束条件, 所提出的方法是可行、有效的。     

飞控计算机的抗干扰性设计

分析了基于DSP技术开发设计的无人机飞控计算机系统可能存在的电磁干扰问题,探讨了在硬件和软件2个方面进行抗干扰性设计的常用措施,采用的硬件抗干扰技术包括:滤波技术、屏蔽技术、隔离技术和良好的接地技术及PCB设计时的必要措施;采用的软件抗干扰技术有:数字滤波、重复检测与输出、软件陷阱、指令冗余及软硬件结合的“看门狗”技术。最后结合系统现场调试过程中遇到的干扰现象,给出了一种快速分析排查由干扰引起的故障的方法,使系统各项设计更加合理,更易于工程实现。     

无人机双余度MPC5554飞控计算机

为了提高无人机飞控计算机的可靠性,结合工程实践,设计了一种双余度飞行控制计算机系统。该系统在以MPC5554处理器为核心的飞控计算机基础上,加入一套硬件相同且功能相同的飞控计算机并添加少量硬件及软件模块,以较小成本大大提高飞控计算机的可靠性。该方法实施简单、成本低、易移植,较工程化,具有较好的通用性。