倾转三旋翼无人机过渡模式走廊曲线研究

针对倾转三旋翼无人机飞行模式转换中的高度保持问题进行研究,提出一种新的过渡策略,使飞机可以直接从悬停状态开始过渡转换而不需要获得一定初始速度。采用牛顿-欧拉法对过渡模式进行动力学建模分析,建立了纵向动力学模型;通过对模型进行分析给出了倾转角度和前飞速度的一一对应关系,即过渡段走廊曲线;依托倾转三旋翼无人机实验样机,按照两种不同倾转方式进行飞行试验。对地面站遥测数据分析的结果表明:按照走廊曲线倾转,较好地解决了直接倾转时的掉高问题,从而验证了走廊曲线的有效性。

倾转三旋翼垂直起降无人机悬停姿态控制

针对一种倾转三旋翼垂直起降(VTOL)飞行器在悬停状态下的姿态控制问题,设计了一种基于STM32系列微控制器的飞行控制系统。采用十轴组合惯性导航模块实时采集载机平台姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法进行姿态信息解算。针对无人机姿态控制实时性和精度要求高的特点,采用串级PID控制算法对载机进行悬停状态下的姿态控制。实验结果表明:串级PID控制算法在悬停状态下能够对倾转三旋翼垂直起降飞行器进行快速、稳定、准确的姿态控制,并具有一定的鲁棒性。在横滚角的内环采用PD控制(Kp为8.371,Kd为3.015),外环采用PD控制(Kp为5.1,Kd为1.15);俯仰角的内环采用PD控制(Kp为3.137,Kd为1.6),外环采用PID控制(Kp为3.43,Ki为0.003,Kd为3.97);偏航角采用PI控制(Kp为9.30,Ki为0.11)时,其悬停状态下具有最优姿态控制效果。研究结果对倾转三旋翼垂直起降飞行器飞行控制的后续研究具有指导作用。

推力矢量倾转三旋翼飞行器的自抗扰跟踪控制方法

针对常规倾转三旋翼在多旋翼模式下飞行器跟踪精度易受结构影响、难以抵抗外界干扰的问题,研究一种推力矢量倾转三旋翼飞行器系统。对倾转角导致的控制分配时变的问题,利用一种变量代换及广义逆的方法实现了高效控制分配解算。为克服系统易受气动干扰及外部风扰而影响轨迹跟踪精度的问题,设计一种自抗扰跟踪控制器。仿真结果表明,机体在外界风扰作用下仍可以快速准确地跟踪参考轨迹,该控制方案具有较好的鲁棒性和抗扰性。

基于模糊控制的倾转三旋翼无人机过渡模式操纵策略研究

倾转三旋翼无人飞行器作为一种特殊构型的飞行器,结合了直升机和固定翼飞行器的优点,同时具备了直升机和固定翼飞行器的操纵方式,但在过渡模式中需要对发动机短舱进行控制,造成操纵冗余问题,两套操纵方式都不适合单独使用。针对倾转三旋翼无人机过渡模式发动机短舱倾转过程中的飞行器操纵冗余问题,建立了合适的倾转三旋翼过渡模式动力模型,提出了一种新的基于模糊控制的倾转控制方法,通过与传统的倾转旋翼飞行器过渡模式操纵策略对比实验分析发现,该方法能够较好地解决倾转三旋翼无人机过渡模式中纵向高度控制问题,使倾转三旋翼无人机能够平稳高效地实现过渡模式飞行。

倾转三旋翼无人机倾转过程转动惯量建模

倾转三旋翼无人机在倾转过程中,机体沿各方向轴转动惯量会随着发动机短舱角不断改变而发生变化。为了实现倾转三旋翼无人机倾转过渡模式下的精确控制,需要对其倾转过程中的转动惯量变化进行数学建模研究。通过研究倾转三旋翼无人机倾转过程中重心位置变化,运用扭摆法基本原理和实验等方法,对其不同短舱角条件下飞行器转动惯量展开分析,得到了倾转三旋翼飞行器转动惯量与短舱角的关系,为倾转三旋翼飞行器倾转过程建模奠定了理论基础。

倾转三旋翼无人机控制设计与飞行实验

针对倾转三旋翼无人机的飞行控制问题,本文围绕控制分配算法、控制权重设计和模态转换策略3个方面开展研究.首先,分析飞行控制原理,构建模态转换飞行控制框架;其次,为提高控制分配鲁棒性,设计串级解耦控制分配算法并提出两种控制分配参数修正方法;为实现稳定的模态转换飞行,引入可达力矩集设计控制权重,并提出基于时间和倾转角度的模态转换策略;最后,分别开展旋翼模态与模态转换飞行试验,验证了控制方法的有效性.试验结果表明:引入参数修正的串级解耦控制分配算法可有效提高控制分配鲁棒性,并改善姿态控制性能,基于设计的控制权重与模态转换策略可确保模态转换飞行的安全性、稳定性.

倾转三旋翼飞行器地面效应风洞试验

倾转旋翼飞行器在近地悬停或低速前飞时有明显的地面效应,对飞行器的气动载荷有强烈影响。针对倾转三旋翼(TTR)飞行器的地面效应问题,采用0.5的缩比模型,在低速回流式开口风洞中设计了可移动地面平台,模拟TTR飞行器悬停和低速前飞时的离地高度,利用杆式天平测量机体所受载荷大小并使用粒子图像测速(PIV)技术捕捉机体下方的动态流场。试验结果表明:当TTR飞行器悬停离地高度在1.25倍旋翼直径以下时,地面效应影响显著,机体受到的最大上载荷约为旋翼总推力的4%,并观测到明显的涡旋喷泉流现象;在低速前飞状态,受旋翼尾流和前向来流影响,相对于悬停状态机体所受上载荷明显减小,喷泉流中心后移。试验结果对TTR无人飞行器动力系统选择,控制増稳系统设计以及借助地面效应优势提高承载能力具有一定参考价值。

倾转三旋翼无人机过渡模式纵向姿态控制

对倾转三旋翼无人机过渡模式下定高转换的纵向姿态控制进行了研究,为提高纵向操纵效能、解决操纵冗余问题,设计了模态转换中的操纵控制方案;采用牛顿-欧拉法对飞机进行动力学建模分析,建立了纵向动力学模型并给出了过渡转换路径;通过操纵效能分析对两种操纵机制进行分配,给出了操纵分配的权重和控制律。仿真和实验样机飞行试验地面站数据分析结果表明,按照所设计的操纵分配方案和控制律对飞机过渡模式进行纵向控制,能够使飞机保持平稳过渡。

倾转三旋翼无人机纵向推力矢量控制研究

针对倾转三旋翼无人机纵向姿态控制问题开展研究,结合倾转三旋翼无人机构型的特殊性,提出了一种基于推力矢量控制的纵向姿态控制策略,同时基于新型的推力矢量控制方法设计了更高效的倾转三旋翼无人机操纵机制;采用牛顿-欧拉法对倾转三旋翼无人机进行动力学建模分析,通过对机翼采取分段分析的方法,设计了旋翼/机翼下洗载荷模型,并进行了仿真和实地飞行试验。试验结果表明,所提出的纵向姿态控制策略,能有效提高无人机飞行效率,具有更强的速度响应能力,提高了飞行过程中的可靠性和安全性。

倾转三旋翼无人机关键技术与发展趋势

对倾转三旋翼无人机的特点及关键技术难题进行了介绍和总结,简要介绍了两款倾转三旋翼无人机的基本性能,最后对倾转三旋翼无人机的应用前景和发展方向做了展望。

基于LADRC的倾转三旋翼无人机悬停控制研究

阐述倾转三旋翼无人机悬停控制的算法。为了提高其在一定俯仰角下抵抗外部扰动的能力,提出了一种基于单位四元数姿态表示的线性自抗扰(LADRC)姿态控制算法。针对倾转三旋翼无人机动力单元配置结构,设计了大俯仰角下的位置控制器和控制分配方案。通过仿真与户外飞行试验,验证了算法的有效性。

A Grey Wolf Optimization-Based Tilt Tri-rotor UAV Altitude Control in Transition Mode

To solve the problem of altitude control of a tilt tri-rotor unmanned aerial vehicle(UAV)in the transition mode,this study presents a grey wolf optimization(GWO)based neural network adaptive control scheme for a tilt trirotor UAV in the transition mode.Firstly,the nonlinear model of the tilt tri-rotor UAV is established.Secondly,the tilt tri-rotor UAV altitude controller and attitude controller are designed by a neural network adaptive control method,and the GWO algorithm is adopted to optimize the parameters of the neural network and the controllers.Thirdly,two altitude control strategies are designed in the transition mode.Finally,comparative simulations are carried out to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed control scheme.