基于改进遗传算法的平流层飞艇定点悬停控制(英文)

平流层飞艇定点悬停控制是飞艇应用领域的关键技术。该控制问题可以转化为非线性多目标优化问题来求解。遗传算法是解决现代非线性多目标优化问题的一种重要方法。但是基本遗传算法在解决定点悬停飞艇实际控制问题时,具有易陷入局部最优解、在遗传进化过程中随机性较强、搜索效率低下及耗时多等缺陷。通过借鉴并行遗传算法、模拟退火算法和向量评价遗传算法的基本思想,在基本遗传操作中添加切断算子和拼接算子,设计一种改进遗传算法来改善上述缺陷。仿真结果表明该方法是有效可行的。

无人机水下定点悬停平衡模块设计

无人机在水下针对作业任务,需要在不同位置定点悬停。文中对悬停状态的实现提出了悬停平衡模块设计的思想。对悬停水舱-螺旋桨模块进行了运动学分析;对四旋翼结构进行了动力学分析。分析表明,模块化的设计可以使横滚角和俯仰角控制在很小的范围内,而偏航角可以在很大范围内调节,无人机水下悬停可以得到较好的平衡调节。

基于金字塔光流法的无人机室内定点悬停设计

针对GPS定位系统建筑物内信号弱,小型无人机很难在室内实现定点悬停。本文提出了一种利用计算机视觉融合惯性导航的组合控制方案。在光流估计上,采用金字塔LK光流算法,提高特征点跟踪精度。在速度融合上,采用卡尔曼+互补混合融合方案,提高飞行速度的准确性。在飞行控制上,采用高度、姿态串级闭环控制方案,光流作为姿态估计的补偿值,提高飞行控制的稳定性。最后,通过实际飞行测试,验证了该方案的可行性与先进性,较好地实现了无人机室内导航、定点悬停的目的。

六旋翼动力学建模及PID定点悬停控制仿真

六旋翼无人机相较于四旋翼无人机,由于其具有冗余的执行机构,提高了负载能力和稳定性,能够携带更多的任务设备,完成更复杂的任务。通过对六旋翼无人机的刚体动力学建模和模型线性化处理,设计了由外环位置PID控制器和内环姿态PID控制器组成的双环控制器,在MATLAB/Simulink环境中搭建了仿真模型,进行六旋翼定点悬停的仿真研究。仿真结果表明:在小角度地假设条件下,所设计PID控制器可以快速精确地完成六旋翼无人机的定点悬停任务。

基于串级PID的多旋翼精确定点悬停控制研究

针对多旋翼飞行器的精准定点及稳定悬停控制问题,采用串级PID控制算法设计位姿控制器对多旋翼的位置和姿态进行控制。对多旋翼进行运动学及动力学分析,建立数学模型,并对所建模型进行分析再建立控制分配模型。为了简化控制器设计,将控制器分为位姿控制器和控制分配器两部分进行设计,改变控制分配器可以实现对不同旋翼的飞行控制,具有更广的适用性。仿真结果表明,多旋翼无人机具有较快的响应速度,垂直起飞和平飞两个阶段衔接紧密,能够准确到达给定目标位置并进行稳定悬停。

基于光流和超声波模块的小型四旋翼无人机定点悬停控制

针对小型四旋翼无人机无GPS环境下的定点悬停问题,设计了一种改进的基于计算机视觉的控制方案,并搭建小型四旋翼无人机飞行试验平台。在光流工作的同时,引入超声波模块为无人机提供高度信息,使得光流传感器始终在固定高度工作,提高光流测量的准确度。试验结果表明:该方案的定点悬停效果较好。

基于OpenMV和OpenCV的四轴飞行器定点悬停控制

目前大部分四轴飞行器应用GPS模块实现了定点悬停功能,但在一些特殊情况下GPS无法正常工作,影响飞行器的正常悬停,据此提出了一种基于OpenMV和OpenCV的四轴飞行器定点悬停控制方法。该方法通过OpenMV上的光流模块获取飞行器实时信息,将实时信息传输到地面PC机;应用压缩感知理论,OpenCV对不同环境的色块进行识别,确定中心坐标;利用PID算法,实现飞行器的定点悬停。该方法在保证飞行器控制精度的同时,尽量使算法简单化。

基于悬停四旋翼位置姿态信息的风场估计方法研究

基于四旋翼飞行器悬停状态下的位置及姿态信息,提出了一种离线的风场估计方法。首先根据Dryden大气紊流模型建立了四旋翼飞行器所处的风场环境,并通过分析有风情况下旋翼升力的变化,得到旋翼升力与风场信息(风速、风向)的函数关系式;接着利用牛顿-欧拉方法推导出有风扰动下的四旋翼动力学方程,并进一步设计了用于保持飞行器悬停状态的PID控制器;最后,基于悬停状态下四旋翼飞行器的位置姿态信息,计算得到飞行器所处的风场环境信息。MATLAB仿真结果表明所提方法在有紊流干扰的情况下,能够有效地提取出风场环境里的主风信息。

基于自耦PD的四旋翼无人机轨迹跟踪控制

针对输入受限的四旋翼无人机,为了使其能够快速稳定地跟踪期望轨迹,使用了一种基于自耦PD(SCPD)的轨迹跟踪控制方法。该方法将四旋翼无人机系统不确定性和内外扰动等复杂因素定义为总和扰动,进而将非线性不确定系统映射为未知线性系统。根据自耦PID控制理论,为四旋翼无人机位置环和姿态环各控制通道设计了独立的SCPD控制器,并设计了一种基于误差的速度因子模型。以定点悬停、轨迹跟踪等方式,与基于传统PID和滑模控制的飞行控制系统进行了动态响应性能测试和抗干扰性能对比。仿真结果表明:基于SCPD控制的四旋翼飞行控制系统具有较优的动态响应性能和较强的抗干扰能力,验证了SCPD控制旋翼无人机轨迹跟踪的有效性。

悬停回转试飞方法在直升机超短波天线方向图测试中的应用

借鉴飞机天线方向图地面自由空间测试场测试方法,利用直升机空中悬停特性进行天线方向图测试,以达到节省试飞架次的目的。分析了如何进行直升机悬停位置的选择以及直升机到测试点的距离和垂直高度的计算,总结了直升机超短波天线方向图测试中的定点悬停试飞驾驶技术。该试验方法在飞行试验中得到了验证,与传统试飞方法进行对比,工作效率提高2倍。

室内无人机定点悬控系统

针对室内环境下无人机传统定位方法失效的问题,设计了一种基于图像处理的室内定位方法,上位机通过外部相机采集定位空间的斜投影图像,经颜色空间处理与分析后确定无人机机体质心投影点位置;结合机载高度传感器获得的竖直位置信息,成功解算出无人机水平坐标,克服了传统定位方法存在的位置漂移和精度低问题。利用上述方法结合机载惯性测量单元进行了室内定点悬停实验,验证了该定位方案的可行性。

四旋翼飞行器的悬停控制研究

旋翼式飞行器是近些年来无人机发展的重要方向,在多个领域发挥着重要的作用。本文介绍一种四旋翼飞行器定点悬停的控制策略,气压计与电子航向系统(AHRS)为获取关键参数的传感器,应用低通滤波与卡尔曼滤波。在保证控制精度的同时,笔者尽量使算法简单,不过高的依赖微处理器的运算速度。之后探讨了数据处理方面存在的问题,希望可以对悬停控制的研究贡献微薄之力。

多源信息融合的旋翼无人机定点系统设计

针对旋翼无人机定点环节所涉及的视觉模型匹配、惯性误差修正、高度噪声消除等问题,设计了一种基于STM32F407的多旋翼无人机定点悬停控制器。通过迭代算法获取标志点分割的自适应阈值,采用灰度门限法提取平面定位的中心点,对超声波、气压计数据与加速度计积分数据进行互补滤波消除高度噪声,最后基于串级PID实现姿态与油门的解算,实现基于视觉的定点悬停。实验结果验证了系统的有效性,并在新疆某部核放射源抓取等多任务中实际应用,实现了可靠地定点控制,表现出良好的环境适用性。

无人机系统飞行性能测试及分析系统研究与实现

无人机系统飞行性能是影响产品飞行安全和作业质量的关键,GB/T 38058—2019《民用多旋翼无人机系统试验方法》及行业标准中,已规定平飞/爬升速度、高度/速度保持、定点悬停、航迹精度等飞行性能项目的测试及分析方法。基于现有标准对比分析,文中提出一种地面测试基站获取高精度基准点后与机载测试设备组合解算,测量无人机飞行绝对坐标、姿态角等参量的软硬件实现方法,并将飞行数据的截取、计算、分析、报告等环节嵌入整个测试流程,设计一种可用于旋翼和固定翼无人机系统飞行性能测试及分析的系统。经过实际测试应用,所设计系统满足GB/T 38058—2019标准和行业标准的试验要求,可有效提升飞行性能测试及结果评价的准确性、时效性,缩短测试周期,降低测试成本。

可拆卸式IPX5-6级防水检测系统的设计及研制

近年来,我国农业航空产业特别是植保无人机获得快速发展,因其具有作业效率高,不受地形、地势限制,可定点悬停精准作业等优势,成为农机市场的热点产品。在植保无人机作业或转场运输中,常常受到户外恶劣环境或雨雾天气等因素影响,其防水结构不到位就会导致进水或雾化,从而严重影响植保无人机性能甚至失控坠落。因此,防水性能的优劣,成为衡量其安全性和质量好坏的重要指标。这就要求在设计制造过程中要采取有效措施,确保植保无人机具有一定的防水能力。

面向核辐射领域的飞行监测仪的研究与设计

设计具有飞行、监测能力的核辐射监测仪器.并对国内外现有研究成果以及相关产品进行了研究.本仪器设计的主要特色是针对核辐射地区,采用四旋翼飞行器作为飞行动力单元,并挂载核监测及GPS、GPRS模块,利用飞行器可定点悬停、飞行轨迹设定等优势,通过与辐射安全监控管理系统的无缝对接,实现对核辐射区域的辐射剂量定点式、移动式连续监控测量.并将监测数据实时传递回监控中心,保证监测数据的准确有效,从而减少了工作人员直接进入辐射区域进行测量而造成的伤害.

模型补偿的水下桥墩检测机器人抗扰控制研究

水下桥墩检测机器人定点悬停检测作业时,姿态受外界强流扰动作用明显,对控制器的控制性能提出挑战。为增强机器人检测作业的稳定性和抗流性能,提出水动力模型补偿的自抗扰控制方法。首先,采用水动力仿真技术获取机器人迎流阻力与迎流角之间的机理关系;然后将其作为已知扰动补偿至自抗扰控制器中,利用观测器对内外扰动估计和补偿;最终实现了对强流作业环境中机器人的稳定控制功能。Matlab的Simulink仿真环境中的仿真结果表明:水动力模型补偿的自抗扰控制器相比传统PID和常规自抗扰控制器,由于利用已知信息对观测器补偿使状态观测器的估计负担变小,控制器的控制精度更高、响应速度更快、超调量更小且抗扰动性能更强,更适合应用在外部扰动较强但扰动可观测的复杂环境中。

基于反步法的四旋翼飞行器滑动模态控制

针对欠驱动四旋翼飞行器受控模型的复杂非线性问题,提出了一种基于反步的滑模控制器的设计方法。该方法将四旋翼飞行器动力学模型进行简化,并将系统分解为全驱动子系统和欠驱动子系统,进而以滑模变结构控制理论为基础,利用反步控制方法推导出滑模控制面,分别为上述两个子系统设计控制律,为系统设计基于反步的滑模控制器。通过李雅普诺夫稳定性理论验证了用上述方法设计的控制器系统的稳定性。通过Matlab/Simulink进行的仿真表明,用上述方法设计的控制器能够有效实现对四旋翼飞行器的控制。

基于STM32四轴飞行器的设计与实现

本设计实现一款基于STM32的四轴飞行器,该飞行器工作后可实现定点悬停;可以通过遥控器远程控制其上下前后左右移动;使用遥控器操作,实现一键起飞,能够按设定路线移动。随着科学技术水平的发展,人们见识与视野的提升,陆地探索已经逐渐不能满足人们日益增长的好奇心,广阔无垠的天空成为新的研究对象。早在2014年,国际航空界发生了重大变化。

可采样式水下无人机

随着水环境污染日趋严重,水下作业对工程建设项目的执行和日常生产制造有着关键实际意义。本文依靠自带能源、连续下潜、人为遥控、回收利用和反复使用的小型潜器——“可采样式水下无人机”,设计出一种搭载取样装置。机器搭载照明灯、摄像头、采样装置等自动控制系统和电脑软件操作系统,具有机动性好、可操作性强、节约资源、信号传输及时等优势,可在水利枢纽、堤坝安全巡检、水下采样、渔业养殖、科考探索等领域发挥重要作用。该装置分为5部分:潜水器、中继器、吊放系统、系缆、可加装设备。采样器通过电磁阀控制泵加压采样,为减轻机器采样后的质量,采样器拟使用透明pc材料。依据水文学、动力学模型等基础理论设计驱动力装置构造,选用螺旋桨推动,推力与螺旋桨转速比的平方米成正相关。根据反复调节自动化技术程序流程,可以在操纵装置传出命令时控制驱动力装置。监视系统和监控系统通过装配高精度的深度传感器来达到较精准的悬停,无人机指定悬浮全过程可以转变成为侧倾斜角、俯仰角、变桨角的变动全过程,通过创建方程式保持机身稳定。相对于当前市面上的无人机,其采用Q Ground Control提供完整的程序控制,为初学者提供了简单直接的使用方法,同时为经验丰富的用户提供了高端功能支持。机械臂、红外、超声波等更多功能模块的加装,让其作用范围更大、功能性更强,可以极大节省水下工作所需的资源,具有广阔的推广前景。