非对称变翼飞行器复合控制系统设计

针对非对称变翼飞行器的姿态控制问题,提出了一种复合控制系统的设计方法。基于非对称变翼的姿态动力学模型,将变翼作为一种主动控制方式,提出了非对称变翼的使用条件,并采用逻辑函数设计了气动舵和变翼的复合控制分配策略。利用扩张干扰观测器估计了变翼过程中的扰动,采用全局滑动模态的变结构控制方法,设计了姿态复合控制系统,抑制了变形过程中参数的剧烈变化和变形引起的附加扰动。通过仿真,一方面与固定翼飞行器对比,校验了非对称变翼控制的有效性;另一方面通过气动数据的正负拉偏,验证了控制器对气动参数的摄动有良好的鲁棒性。

变桨距四旋翼飞行器控制系统设计

变桨距四旋翼飞行器是通过改变旋翼的桨距大小来改变升力的,这种控制策略可使飞行器姿态的响应和控制的延迟都会小很多,同时可以节省资源和能耗。通过分析对比变桨距与传统的变转速四旋翼飞行器的结构和飞行原理,根据其数学模型和控制要求,设计了变桨距四旋翼飞行器的控制系统。该系统采用STM32F427微处理器作为主控制器,使用MPU6000等惯性测量单元及其他传感器用于检测飞行器的位置、姿态;基于四元数方法进行姿态解算;利用PID控制算法对飞行器姿态、高度进行闭环控制。试飞结果表明,变桨距四旋翼飞行器能够稳定飞行,满足系统要求。

基于神经网络的变后掠翼飞行器自适应控制方法研究

针对变后掠翼飞行器变形过程中的姿态控制问题,利用动态逆控制原理与时标分离原则,结合神经网络能够消除误差的特性,设计了针对变后掠翼飞行器的神经网络PID自适应动态逆控制器。基于Datcom建立了变后掠翼飞行器形变量与气动的关系模型。在控制器设计中将飞行器姿态运动划分为快慢系统,并利用神经网络自适应调节PID参数以增强控制系统的控制能力。仿真结果表明,所提出的自适应控制方法相比传统的PID控制能更高效地稳定变后掠翼飞行器在变形过程中的姿态角。

机翼伸展对低速飞行状态的影响

变翼飞行器在飞行过程中因机翼构型、面积等发生变化,引起质量分布、惯性及气动特性发生相应改变,飞行动力学因此受到影响.基于Lagrange方程,本文首先建立变形机翼飞行器的动力学模型,简化后得到伸展变翼的纵向运动方程,并通过气动仿真获得伸展机翼飞行器的低速气动特性.然后,借助线性插值确定气动参数随翼展的变化关系,研究了伸展变翼过程对于飞行器平飞、爬升、俯冲和盘旋的作用.结果表明,因变翼过程中升阻系数改变,飞行器将发生变速沉浮运动,此时为保持飞行状态的稳定,需对飞行器加以控制.

基于干扰观测器的变后掠翼近空间飞行器鲁棒跟踪控制

针对变后掠翼飞行器具有多工作模式、大飞行包络的特性,本文建立了非线性多模型切换系统,并研究了机翼后掠角变化过程中对飞行高度和飞行速度的跟踪控制.为了减小姿态系统中不确定性和外部未知扰动的影响,利用非线性干扰观测器对复合干扰进行逼近并设计滑模姿态控制器,保证了良好的姿态跟踪控制效果.采用平均驻留时间方法证明了所设计的控制器能够保证切换系统的稳定性.最后,通过仿真对所提方法的有效性进行了验证.

基于干扰补偿的跨速域变后掠翼飞行器跟踪控制

面向变后掠翼飞行器在跨速域、变体过程中飞行稳定和准确跟踪需求,提出一种基于干扰补偿的跨速域变后掠翼飞行器跟踪控制方法。考虑到变体过程对飞行器气动、结构参数的影响,将变体附加力、力矩和系统不确定性视为系统未知干扰,建立变后掠翼飞行器多体动力学模型。设计非线性干扰观测器,实现对未知干扰的准确估计。定制二阶指令滤波辅助系统补偿状态约束、输入饱和影响,设计了基于干扰观测补偿的指令滤波跟踪控制器,并基于Lyapunov稳定性定理分析了所设计控制器的稳定性。通过仿真实验结果可知,所提控制算法可以保证跨速域变后掠翼飞行器对参考高度信号的准确跟踪,高度信号的稳态跟踪误差不大于0.1 m,随机参数扰动下的蒙特卡洛仿真跟踪误差不大于0.5 m,验证了所提方法的有效性和鲁棒性。所提方法在跨速域变体飞行器控制领域具有一定的工程实用性和应用前景。