基于脑机接口与人机闭环的远程脑控无人机系统

随着现代军事战争的迅速演变,远程脑控无人机在实现战场信息获取、目标监视和战术部署方面扮演着愈发重要的角色。提出一种应用于远程脑控无人机的压缩感知控制范式和人机闭环控制算法,基于该控制范式及控制算法搭建面向军事应用场景的远程脑控无人机系统。在线实验结果表明:8名被试人员通过该脑控无人机系统进行导航任务,平均任务完成率为0.95,平均任务完成时间为100.46 s,显著优于基于人机开环控制算法的脑控无人机系统;新提出的脑控无人机系统可以应用于军事场景下的战场侦察,大幅度提高作战人员的无人机远程控制能力,拓展作战人员的战场感知范围。

Design of an Integrated SITL and HITL Simulation System for the Control of a Loitering Aerial Vehicle

An investigation into the aircraft flight simulation and control system is presented in this paper. The study was firstly focused on the establishment of an integrated hardware-in-the-loop（HITL） platform for aircraft flight simulation based on MATLAB/Simulink ＋ dSPACE. The platform combines the abundant software and hardware resources of dSPACE simulation platform to simulate the flight attitude of an aircraft in six-DOF （ degree of freedom） motion. Based on the platform, the study was then focused on the flight numerical simulation by taking a loitering aerial vehicle as an example. An aircraft mathematical model was created for a modular design and off-line numerical simulation based on MATLAB/Simulink. Finally, the study was focused on the control system design of the loitering aerial vehicle and conduct of an HITL simulation experiment for the vehicle pitch control. The experiment verifies the system design and control effectiveness. Research results show that the dSPACE simulation system provides a real time good experimental platform to improve the efficiency of study and development of a flight control system.

国外空中加油受油机操纵品质试飞技术综述

针对飞机执行软式空中加油任务时飞行品质试飞及评价方法缺失的问题,搜集国外文献,结合实际空中加油试飞,分解空中加油任务得到加油不同阶段飞行品质关注重点。针对性提出加油任务相关的操纵品质试飞及评价方法,改进加油模态飞行控制律,改善飞行品质、尾流场操纵品质检查、空中加油任务闭环操纵品质评价等,对我国空中加油飞行品质试飞及评价具有较大参考价值。

基于混合滤波与多环控制的无人机跟降方法

针对无人机在复杂环境下,利用传统的单环控制与卡尔曼滤波进行目标跟踪与降落任务时,出现跟踪目标丢失、降落精确性不足的问题,提出一种基于混合滤波和多环控制的状态估计与控制算法。利用卡尔曼滤波和扩展卡尔曼滤波的混合滤波方法对移动降落平台进行状态估计,同时通过速度PI控制环、姿态PID控制环、位置PID控制环及加速度PID控制环来完成无人机的跟踪与降落任务。仿真试验结果表明,在面对简易或复杂的环境时,该方法都具有较好的跟踪性能和更高的降落精度,并能够应用在多种环境下的无人机自主追踪和降落作业中。

基于Pixhawk飞控的硬件在环仿真系统设计

Pixhawk飞控在民用无人机(UAV)领域得到广泛应用。为了在Pixhawk飞控上实现硬件在环仿真功能以达到验证飞控飞行性能的目的,设计了基于Pixhawk飞控的四旋翼无人机硬件在环仿真系统。通过构建四旋翼机体模型,实现模型在电机转速信号的驱动下输出位姿数据;位姿数据传输到飞控并重构为模拟传感器数据,飞控内核对传感器数据处理后输出电机转速信号驱动模型飞行,由此构成飞控硬件在环的仿真环路。在测试中使用相同航线进行了仿真飞行与真实飞行,并计算2种飞行模式数据的相关系数,系数普遍高于0.85,表明获得了较为逼真的仿真效果。

基于自适应闭环反馈的高空车臂架避障控制研究

针对改进梯度投影法在混合式高空作业车应用中出现的速度、轨迹不连续以及避障过程中末端速度突变等问题,提出了一种基于自适应闭环反馈的高空车臂架避障控制算法。对改进梯度投影法进行优化,实现了存在伸缩臂的高空车臂架与末端的速度、轨迹连续的运动控制。采用伪距离描述臂架与障碍物的接近程度,对传统避障速度算法进行优化,并提出一种自适应闭环反馈方法,将反馈权重与伪距离相关联,使反馈权重自适应变化。所提算法在保证末端轨迹精度的同时大大改善了臂架关节在避障过程中的速度突变。仿真及半物理实验结果表明,相较于传统方法,所提方法速度变幅大大减小且轨迹更加平滑,实现了多障碍物避障与同一障碍物多次避障。

基于迟滞回线的航空相机减振器特性研究

橡胶减振器具有优异的阻尼减振功能,且结构简单、可设计性强,在航空相机领域具有重要的研究与应用价值。用高阻尼硅橡胶材料制备航空相机减振器,通过迟滞回线法对其静刚度、动刚度、损耗因子的影响因素进行研究。结果表明:筒式航空相机减振器的静刚度随位移的增加先降后增;动刚度随频率和预压缩量的提高而提高,随动位移的增加而降低;损耗因子随位移的增加先降后增,随频率和预压缩量的增加而增加。当预压缩量一定时航空相机减振器的损耗因子由约为0.2,提高至0.6以上。

基于梯度下降法和双环PID的四旋翼飞行器的研究与设计

四旋翼飞行器凭借其灵活的操控性、较小的地域局限性等优势,在军事、民用和科学研究等诸多领域受到了越来越多的关注。目前国内大部分无人机的研究重点在于如何让飞行器飞的更高更远,飞行时间更长。而该设计的着重点是飞行器飞得更低更稳。在飞行过程中,飞行器通过超声波测距技术实现飞行器的近地贴地表飞行,采用梯度下降法对飞行器的姿态进行解算,双环PID控制,进一步提高了系统的稳定性。结果表明,系统可实现3~50 cm之间超低空近地稳定飞行。

激光制导炸弹半实物仿真模型与应用

激光制导炸弹攻击目标时的脱靶量是反映其制导性能和作战效能的重要参数。为了高精度、低消耗地检验激光制导炸弹的脱靶量,该文研究了半实物仿真与实弹试验相结合的检验方法。将制导炸弹、激光目标模拟器、五轴转台、仿真计算机以及仿真计算程序相联接,构建了半实物仿真系统并进行了仿真实验。通过制导炸弹飞行力学理论校核和制导炸弹投弹试验数据修正,获得了准确可信的制导炸弹仿真模型。对飞机挂载激光制导炸弹实施投弹试验,获得脱靶量试验结果。将仿真结果和实弹试验结果融合起来,对制导炸弹脱靶量进行评估,可获得精度较高的脱靶量评估结果。

基于电磁场理论对井下对讲机环天线的发射距离的研究

井下对讲机的环天线发射距离远近与天线的效率有关。基于电磁场理论对环天线电磁辐射场辐射功率的分析和集肤与邻近效应的分析,设计井下对讲机时应该采用增加天线匝数和加粗天线半径的方法来提高其的发射距离。

基于Matlab/Simulink的硬件在回路无人机仿真系统设计

随着无人机在军事和民用领域的应用前景,高效率的地面控制操控训练替代实装飞行是保证系统安全、提高效率和节省经费的重要手段,针对无人机飞行控制系统仿真的特点和人在回路仿真系统的要求,提出利用Matlab/Simulink提供仿真环境进行人在回路的无人机仿真系统的设计方案,该方案将PC机作为实时飞控系统,从而将其作为飞行控制的仿真平台,相对于传统手工编写代码的方式,基于Simulink模块构建的仿真模型具有灵活、快速、高效和低成本等特点,对无人机模拟训练系统中飞行动态仿真模型的设计和人在回路的仿真训练具有很高的实用价值。

基于RTX的实时测控系统软件设计

从无人机半物理仿真试验的整体结构出发,针对实时测控系统的需求,采用了一种较为新颖的Windows+RTX实时性方案,完成了无人机半物理仿真试验中实时测控系统的研制。既满足了试验的实时性要求,又具有很好的用户交互特性,对测控技术的发展及其在国防科技等相关领域中的应用均有重要的参考价值。

一种空战C4KISR仿真系统

导弹制导技术和信息融合技术是C4KISR的关键技术。对导弹半实物仿真系统和C4KISR中的信息融合进行了探讨,提出了一种基于半实物仿真系统和信息融合的空战C4KISR仿真系统框架,将其分成地面指控平台、组网雷达、预警机、战斗机群和导弹等几个子系统,并对其各功能模块进行了详细地研究。仿真初步验证了框架的可行性。

基于无人机平台的制导控制半实物仿真系统研究

基于无人机制导控制一体化和实时仿真技术,设计了一种新的包括惯性导航系统、GPS系统、三轴转台、仿真计算机和显示监控系统等的半实物仿真系统.该系统运用仿真计算机采集导航控制一体计算机的输出信号,进行无人机运动学、动力学模型实时解算,并将姿态信息传输给三轴转台;三轴转台和惯性测量装置完成无人机航向、姿态等模拟;导航和控制计算机运用导航信息生成控制指令,传输到仿真计算机.试验结果表明:惯性导航算法设计合理,仿真步长1ms,控制信号误差小于1%,该系统可以实现微型化,模块化,改进后可应用到无人机的制导和控制系统中.

四旋翼无人机可视化半实物仿真平台研究

四旋翼无人机的飞行控制是当前无人机研究领域的一个热点,目前的控制设计多采用MATLAB/Simulink进行数值仿真验证,仿真环境中较少考虑机载设备的作用。而在无人机原型开发过程中,又多采用现场调试的方法,不易快速更改控制算法及参数。为提高飞行控制算法开发时的效率,设计并实现了一种四旋翼无人机可视化半实物仿真平台。利用MATLAB实时视窗系统搭建了平台的主框架,将四旋翼无人机的惯性导航传感器及电机控制系统融入平台之中。并且利用了开源飞行模拟软件FlightGear,及对虚拟地球仪软件Google Earth的二次开发,为仿真平台增添了无人机位置、姿态以及航迹的三维可视化显示功能。实验结果表明,该平台运行稳定可靠。

无人机防滑刹车系统输出受限容错控制

研究了基于滑模观测器的无人机防滑刹车系统执行机构故障的容错控制方法。在考虑外界不确定干扰的同时,对执行机构故障的防滑刹车系统进行建模,构造非线性滑模观测器,利用滑模等值原理重构出执行机构故障值。将重构出的故障引入补偿控制律设计中,并结合障碍李雅普诺夫函数反演方法设计容错控制律,使得输出滑移率保持在一定约束区间内,通过构造干扰自适应估计器,消除了未知干扰和模型不确定性对系统的影响,基于李雅普诺夫理论及相关原理证明了该闭环系统半全局一致最终有界,最后通过仿真验证了所提方法的有效性。

基于神经网络动态逆的微小型飞行器半实物仿真

针对微小型飞行器易受外界干扰,难于控制的特点,在经典PID控制的基础上,引入神经网络动态逆方法,设计复合控制律。基于Matlab建立微小型飞行器的Simulink仿真模型。控制器、舵偏角传感器等物理实物通过RS232串口连接,搭建半实物仿真环境。仿真结果表明,该方案能有效地控制微小型飞行器按照预定航线,以稳定的姿态飞行,具有较强的鲁棒性。

多无人机时序到达协同控制方法

时序到达控制是无人机协同控制方向新近产生的典型问题,对异构无人机协同执行搜索、跟踪、打击、评估等任务具有重要潜在价值。引入计算几何学中的Laguerre图用于航路规划,当两个威胁区域不相交时,Laguerre图生成的初始航路必然从它们之间的空隙内穿过。针对时序控制精度不高的问题,采用周期性的速度修正方法,有效提高了到达时间精度。仿真结果表明,所提出的时序到达控制方法能够有效实现多无人机时序到达,并且具有较高的鲁棒性和控制精度。

基于观测器与小波变换的UAV作动器故障检测

为提高无人机飞行控制系统的安全性和可靠性,将观测器方法与小波变换相结合,针对无人机飞行控制系统作动器故障检测问题开展研究。在基于观测器构造残差的基础上,通过引入小波变换,产生一组包含不同频率作动器故障的残差,将残差产生器设计归结为小波基函数选取和H_2/H_2性能指标最优化问题。利用小波变换的时频局部化特性,在保证性能指标最优的同时,可减小故障检测延时,且产生的一组残差能够检测较宽频带内的作动器故障。基于某型无人机的Simulink仿真结果表明,该方法的检测快速性好,可检测故障的频率范围宽,且对闭环飞行控制系统中的微小故障具有较高的灵敏度,有效降低了漏报率。

航空相机像旋补偿双向控制中的内环补偿器设计

为解决航空相机摆扫成像过程中存在的像旋问题,采用四通道双向控制系统对像旋进行补偿。在系统中,基于鲁棒内环补偿器结构进行了内环补偿器设计。首先利用H∞混合灵敏度优化方法求解鲁棒内环补偿器中的鲁棒控制器,再结合参考模型确定系统的滤波器,进而得到系统化设计的内环补偿器。保证系统鲁棒稳定性的同时尽可能提高干扰抑制性能,进而在两者间折衷提高双向控制像旋补偿精度。实验结果显示,本方法能够有效抑制等效干扰的影响,提高消旋补偿的精度。动态扫描下位置补偿误差的最大值和均方根分别为(1.81×10^(-3))°、(5.224 74×10^(-4))°,与传统设计相比,补偿误差分别减小了41.99%、41.73%,提高了四通道双向控制系统的像旋补偿精度。