基于图搜索的陆空两栖平台3D路径规划算法

为了解决陆空两栖平台路径规划能效与寻径效率问题,提出了一种基于图搜索算法的全局路径规划算法。考虑了空中飞行能耗与地面行驶能耗模型的不同,结合起飞阈值、地面移动成本系数、空中移动成本系数等参数决定模态切换机制,在遇到难以越过的障碍时使用逃脱算法脱困,当允许地面通过时优先采用地面行驶的方式到达目标点以提升寻径效率与能效。为验证该算法,分别建立了针对陆空2种模式下的能耗模型,在现有交通规则约束下完成城市场景和虚拟迷宫测试。结果表明:本算法的搜索效率相较于对照组算法提升了30%以上,有效提升搜寻效率的同时降低了能量消耗。

一种具有变结构的轻量化陆空两栖平台技术研究

结合无人机空中飞行与无人车陆地行驶的功能特点,通过流体仿真、气动力学分析,设计了一种具有变结构功能的陆空两栖平台。采用隐藏式旋翼设计,有效降低了平台宽度,提高了地面行驶模态下的通过性。在此基础上,针对陆空两栖平台的飞行控制问题,对平台模型进行简化,并对平台参数进行优化和模型校核,验证了平台模型的有效性和可信度。设计了自抗扰控制(active disturbance rejection control, ADRC)方案,并进行了simulink仿真和原理样机测试。试验表明,所设计的陆空两栖平台兼具良好的路面行驶能力与空中飞行能力,具备一定的越障功能,为未来军事应用中飞行器长航时、大载重、强稳定性等功能的实现提供了技术参考。

国内外可载人陆空两栖平台发展趋势研究

调研了国内外可载人陆空两栖平台产品现状,对现有可载人陆空平台的技术特点、结构原理、性能参数进行了说明.提炼了可载人陆空平台的关键技术特征,并做了分类对比,分析结果表明小吨位(0.5 t)、多旋翼、电动化是目前两栖平台的主要发展趋势;总结了陆空平台关键技术,包含两栖功能快速转换技术、飞行器总体设计技术、轻量化技术、飞行控制技术、动力与能源技术.

新型陆空两栖平台技术发展与趋势

阐述了国内外最新陆空两栖平台的技术发展现状,对典型陆空两栖平台的技术特点、结构原理、性能参数、关键技术等进行了说明。重点提炼分析了其关键技术、难点和构型,并从5个维度进行了分类研究,对其发展趋势和前景作出归纳和展望。

双喷水推进无人两栖平台运动模型研究

依据船舶理论中MMG分离建模的思想,通过对双喷水推进无人两栖平台的纵向及回转运动特性进行分析,建立了无人两栖平台的三自由度操纵模型,进而推导出了纵向运动以及回转运动的操纵响应方程,最后以某型双喷水推进无人两栖平台为例进行仿真实验,结果表明通过对两侧喷水推进器水门开度的协调控制可以较好地实现对预定航向的稳定跟踪,验证了纵向及回转运动操纵响应方程的正确性和有效性,为无人两栖平台进一步的路径和轨迹跟踪控制提供了依据。

非完全对称无人两栖平台路径跟踪控制

为了提高非完全对称无人两栖平台的可靠性和机动性,研究其在浅水水域中的路径跟踪控制问题。分析水域深度对水动力导数的影响并对其进行修正,建立了更为精确的路径跟踪数学模型;对数学模型及参考路径进行变换,将路径跟踪误差转换到Serret-Frenet坐标系下进行描述,得到了位置跟踪和航向、纵向速度跟踪两个级联形式的子系统;基于级联系统理论证明了航向、纵向速度跟踪子系统与原系统的等价性。基于Backstepping方法设计航向、纵向速度子系统的全局稳定控制器,通过对直线和圆形参考路径的数学仿真以及对直线参考路径的实验研究,验证了该控制器的有效性。

欠驱动无人两栖平台镇定控制策略研究

在无人两栖平台控制优化的研究中,由于受外界环境因素的影响,无人两栖平台在水上运动中表现出强非线性,使其水上镇定控制变得复杂,为解决上述问题,采用反步控制法提出了一种反馈时变镇定控制律。首先对无人两栖平台的数学模型进行全局微分同胚变换,转化为两个级联的子系统,然后证明了原系统与子系统间的控制问题是等价的,从而将控制系统简化,最后根据反步控制原理,利用李雅普诺夫直接方法设计了子系统的镇定控制律,并对外界干扰进行了补偿,保证了控制器对外界干扰的鲁棒性。仿真实验表明控制律超调小、收敛快、鲁棒性好,能够有效实现干扰情况下的欠驱动无人两栖平台的镇定控制。

无人两栖平台航向跟踪控制策略研究

研究一种利用自适应模糊滑模控制原理来制定无人两栖平台航向跟踪控制律的方法。首先建立无人两栖平台的操纵响应方程,并借助微分同胚变换将其转换为单输入单输出的非线性系统,然后基于自适应模糊滑模控制原理设计了航向跟踪控制器,并借助Lyapunov稳定性分析方法,理论分析证明了所得闭环系统全局一致稳定。最后以某无人两栖平台为例,进行了航向跟踪控制的仿真,结果表明控制器对系统参数摄动及外界干扰不敏感,具有较强的鲁棒性。

非完全对称无人两栖平台轨迹跟踪及仿真

为了实现非完全对称无人两栖平台水上工况的高可靠性和机动性,研究了轨迹跟踪控制问题。考虑到阻尼系数矩阵和惯性系数矩阵非对角线元素存在非零项,首先对无人两栖平台原数学模型进行两次全局微分同胚变换,得到2个相互级联的子系统。然后采用此级联系统构造误差模型,将轨迹跟踪问题转化为误差镇定问题,并且根据反步滑模控制理论,应用Lyapunov直接法设计了误差镇定控制器。最后通过仿真验证了控制器的有效性,结果表明,全局微分同胚变换以及级联系统分析正确有效,误差镇定控制器可有效实现非完全对称无人两栖平台对直线和曲线轨迹的稳定跟踪。

国外陆空两栖平台发展研究

论文介绍了一种新型陆空两栖平台,解析了其发展历程和技术特点,分析了其对部队作战能力的影响。

压浪板对高速两栖平台运动稳定性影响的数值分析

[目的]压浪板对两栖平台的水上性能具有显著影响,需探讨滑行状态下压浪板对高速两栖平台航行姿态及运动稳定性的影响规律。[方法]采用SST k-ω湍流模型以及重叠网格技术,对高速状态下两栖平台的静水直航进行CFD数值仿真计算,比较不同压浪板作用下平台姿态及稳定性的变化特性,并利用支持向量机(SVM)进行速度、重心位置等因素影响下平台运动稳定性边界的分类识别。[结果]结果显示,压浪板通过改变平台底面的压力分布,可减小航行纵倾角,并且压浪板的下旋角度越大,对姿态稳定性的影响越显著;在重心位置相同的情况下,可提高平台稳定状态下能够达到的最大航速。[结论]研究表明减摇附体的应用及运动稳定性的提高对两栖平台的高速化发展意义重大。

具有输入饱和的无人两栖平台路径跟踪

研究了输入饱和影响下的无人两栖平台路径跟踪控制问题,提出了一种基于观测器的抗饱和反步控制方法。该方法将实际控制输入分解为不受限的理想控制输入与执行机构无法响应的控制输入两部分,后者可视为等效干扰并与真实外界干扰合并应用干扰观测器进行估计和补偿。针对具有理想控制输入的非完全对称无人两栖平台模型,基于line-of-sight (LOS)导引律及反步控制理论设计了抗饱和控制器,Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的所有信号一致最终有界。数值仿真结果表明:所设计的控制器能有效地削弱输入饱和对系统造成的影响,实现对预定路径的稳定跟踪。

无人两栖平台水上轨迹跟踪控制策略

为了实现无人两栖平台水上行驶的高可靠性和机动性,研究了其水上轨迹跟踪控制问题。首先对无人两栖平台平面三自由度模型进行全局微分同胚变换,得到了2个相互级联的子系统;然后应用级联系统理论将无人两栖平台的轨迹跟踪控制问题简化为单个子系统的渐近收敛控制问题,并且基于反步滑模控制理论,应用Lyapunov直接法设计了子系统的渐近收敛控制器。最后,对控制策略进行了仿真验证,结果表明:全局微分同胚变换以及级联系统分析正确有效,子系统的渐近收敛控制器可有效实现无人两栖平台对预定参考轨迹的稳定跟踪。

被动式气垫运输平台长距离自行牵引移动方式探讨

本文介绍在被动式气垫平台上设置牵引绞车．通过该绞车与跨越气垫平台上方．并张紧于岸基和人工岛之间静止钢索实现可动的摩擦联结．当绞车在动力驱动下转动时．绞车在气垫平台上固定装置带动气垫平台一起．沿着钢索入端方向前进．以解决在无适宜的牵引车时．气垫平台水平往复移动的需要．

变角度水面矢量推进器性能分析

现行大方形系数两栖平台在水中排水航行,受到"兴波阻力墙"的影响,速度难以提高。为了减阻提速,以蛇怪蜥蜴为仿生对象,提出了一种变角度的水面矢量推进器,通过角度和转速控制,实现了驱动力矢量输出的新模式;增加了托举力和转矩驱动,为平台水上低阻高速航行提供了新思路。进一步结合PISO算法和两相流瞬态分析,建立了推进器的流体动力学模型,分析了运动参数和结构参数对三维驱动输出的影响,并进行了试验验证。结果表明:叶片角度从0°到90°增大,实现了驱动力输出角从-6.85°到51.95°的矢量连续变化,且存在驱动均衡输出区间[40°,60°];托举力与轮辐长度呈线性关系,且推进力、转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随转速增加,驱动输出增加,转速为5 r/s时因流场恢复能力不足导致频率为转速的2倍;托举力随轮毂宽度、直径的增加而减小。研究结果为深入开展推进器驱动调节和平台航行控制打下基础。

水面仿生矢量推进器倒车性能分析

针对两栖平台倒车机构复杂、性能研究难以开展的问题,基于水面仿生矢量推进器,提出了一种倒车方式。设计了新型两栖平台,通过推进器反向转动输出倒车拉力,实现了平台0.7 m/s速度的直线倒行和0.75 m小半径的转弯倒行,提供了更为快速灵活的倒车方式;建立了推进器流体动力学模型,结合下压力、倒车拉力和转矩三维驱动的周期性输出规律,分析轮轴高度、轮辐长度、转速和叶片夹角对推进器倒车性能的影响,扩展了平板旋转绕流的研究;建立敞水试验系统,验证了数值计算模型的正确性。结果表明:随着推进器轮轴高度增加,转矩单调递减;下压力和倒车拉力随着轮辐长度线性变化,转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随着转速提高,三维输出单调递增。研究结果为两栖平台倒车控制提供了理论参考依据。

行车/行飞电子显示系统的设计与实现

行车/行飞机动平台具有陆地越野和空中飞行的双重性能,以地面行驶为主,可垂直起飞,快速越过障碍,作为军用两栖作战平台,具有极大的实际使用价值。行车/行飞电子信息显示系统,其集成了行驶与行飞的主要显示仪表,需要同时满足行车/行飞两种不同状态下显示模式的快速切换,传统的物理指针式仪表已经无法实现此功能。该电子显示系统使用了C#语言中GDI开发工具设计绘画出虚拟仪表的显示方式,并且采用主副屏全液晶双显示模式,在不同的驾驶状态下可以实现一键切换。在信号采集中,对从机动平台中ECU中采集到的数百类传感器信号进行了梳理和分类,通过串口进行传输并且做到了很好的兼容性。测试结果显示:在工控机CPU i5,RAM 4G的配置下,综合信息显示数据刷新率20次/s,实现8bit、12路A/D采样,8路I/O采样。为驾驶员提供车辆在行驶与行飞状态下的综合状态信息,保证了行车的安全,也可为未来系统升级或增加信息显示内容奠定良好的基础。