六旋翼无人机旋翼转动对测风准确性的影响研究

旋翼无人机可以代替桅杆实现风场的定点或多点同时测量,但是旋翼转动引起的扰流会对测风的准确性产生影响。利用不同高度的支架,在六旋翼无人机上搭载超声波风速仪进行风洞试验,探究旋翼转动对无人机中心上方各高度处风场的影响以及不同风向角和机身倾斜对测量准确性的影响。结果表明:除个别工况外,旋翼转动均会引起较大的风速相对误差;旋翼转动引起的风速误差随高度呈先增大后减小的趋势;机身水平时,随高度增加,各工况下的风速绝对误差趋于一致,且控制风速大于6 m/s时,风速相对误差随风速增大而减小;旋翼转动对风向角测量基本没有影响。研究结果可为多旋翼无人机搭载测风仪器直接测风的实际应用提供参考。

一种仿真数据驱动的小型无人机旋翼优化设计框架

由于无人机旋翼叶片的复杂几何形状及其空气动力学性能对其三维外形的高灵敏度,当前小型无人机旋翼叶片的优化设计普遍存在由维度灾难(Curse of Dimensionality)带来的高计算成本的问题。为了解决这一问题,提出了一种基于类函数/形状函数变换方法(Class/Shape Function Transformation)的高效三维叶片参数化模型;建立了高精度计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)模型,与实验数据相比,所有转速下旋翼推力的仿真结果的误差在5%以内;基于仿真数据构建了旋翼扭矩和推力的高保真自扩展自适应混合代理模型(Extended Adaptive Hybrid Functions);应用了遗传算法(Genetic Algorithm)执行以悬停推力水平为约束,最小化旋翼扭矩为目标的旋翼外形优化设计。与基于翼型E387的原旋翼相比,优化模型的扭矩减少12.5%,悬停效率提高了8.32%,总重相对减少24.23%。最终,对优化后的旋翼叶片进行了流固耦合分析以验证其结构安全性与上述优化框架的可行性。

关于无人机旋翼信号识别方法的研究

研究将跳频通信对抗技术运用于无人机反控制领域中。无人机的干扰技术已经很成熟,在复杂的电磁环境中对无人机的信号检测和无源定位的实现是该技术与产品的一个热点。所以对无人机信号检测和识别方法的研究,对于解决无人机信号的检测与采集问题以及对无人机反控制领域具有非常重要意义和推动作用。

基于虚拟力分析的全柔性共轴旋翼无人机路径跟踪方法

随着无人机作业工况复杂性的提升,对其控制精度提出了更高要求,需结合多种因素对无人机控制系统和结构特性进行建模并开展改进研究。该文章提出了基于虚拟力分析的全柔性共轴旋翼无人机路径跟踪方法:首先,基于旋翼柔性变形的受力形变模型构建全柔性共轴旋翼无人机动力学模型;然后,依据虚拟力分析方法制定虚拟力反馈控制律,并利用长短时记忆网络实现基于虚拟力反馈无人机路径跟踪;最后,开展模型特性分析及仿真实验,验证了所提方法在抵抗外界干扰方面具有有效性和鲁棒性。

仿生四足六旋翼无人机自适应着陆性能分析

旋翼无人机在民用和军用领域被广泛应用,但传统橇式起落架在复杂地形下难以起降,为了扩大旋翼无人机的降落面积和应用范围,设计一种仿人腿式两级缓冲自适应起落架。通过对仿生腿的正逆运动学分析,提出一种自适应起落架姿态调整策略;建立仿生四足六旋翼无人机着陆动力学模型,基于多体动力学软件simcenter 3D开展着陆动力学仿真,并与传统橇式起落架进行着陆性能对比研究。结果表明:着陆腿式的两级缓冲自适应起落架及其姿态调整策略,能够使滚转角减小95.69%,过载系数降低34.06%,两级缓冲自适应起落架在面对复杂地形时具备主动调节姿态安全着陆的地形适应能力和极好的减震缓冲能力。

非平面全驱动多旋翼无人机的鲁棒预测控制

针对非平面全驱动多旋翼无人机飞行时易受外部风场与未建模动态影响等问题,设计了鲁棒性较好的预测控制系统。采用牛顿-欧拉法构建了无人机六自由度非线性运动模型;设计了线性扩张状态观测器,将同时受匹配与非匹配干扰影响的无人机系统转化为仅受匹配干扰影响的等效系统,用以估计系统的状态变量;针对等效系统设计预测控制器以降低系统输出振荡和输入激增,设计干扰补偿器以提升闭环系统抗干扰的鲁棒性。仿真实验表明:与常规的非线性动态逆控制方法相比,该算法下的闭环系统具有更强的抗干扰能力与更高的轨迹跟踪精度。

旋翼无人机与直升机二次曲面散射中心提取与重建方法

采用快速物理光学(FPO)方法模拟二次曲面片剖分后的旋翼无人机目标散射场,该方法考虑了目标的物理机理,可采用大尺寸比例细分和属性散射中心(ASC)模型提取目标的散射中心。为解决ASC参数估计中的不适定问题,减少计算时间和精度误差,提出一种正交匹配追踪(OMP)与基于成功历史记录的自适应参数差分进化(SHADE)相结合的稀疏方法。数值算例表明,文中方法能够有效准确地提取复杂目标的散射中心,同时在10 GHz频段时,面片数目减少了两到三个数量级。根据散射中心提取结果,得到了旋翼无人机的多个小散射中心围绕中央散射中心呈中心对称分布,而直升机的多个散射中心呈近似平行分布的结论,为利用雷达目标电磁散射特性差异进行低慢小目标精准识别提供可靠仿真依据与理论基础。

自转旋翼无人机的起飞控制研究

以某型自转旋翼无人机作为研究对象,针对自转旋翼无人机起飞过程中的难点,开展自转旋翼无人机的自主起飞控制策略研究,将起飞过程划分为预旋、三轮滑跑、两轮滑跑、离地爬升等多个阶段,并设计各过程的纵向与横侧向控制回路。通过综合仿真实验,验证了所设计控制策略的可靠性与可行性。

基于激光微多普勒的旋翼无人机探测和识别技术进展

激光微多普勒体制具有探测灵敏度高、探测参数维度多等优点,能够对低、小、慢目标以及空间目标进行远距离精确探测识别。针对低、小、慢无人机目标快速探测和精准识别的应用需求,介绍了激光微多普勒探测技术及其国内外发展现状,并在激光微多普勒调制理论模型、微动参数提取算法、一维距离高精度成像、系统与实验研究等多个方面进行了全面深入的探讨。在此基础上,对激光微多普勒探测旋翼无人机技术的研究进展进行了总结和展望。

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。

一种系留多旋翼无人机备用电源设计

针对系留多旋翼无人机在地面电源异常断电时的安全降落需求,以提高系留多旋翼无人机的定位稳定性为目的,设计一种基于超级电容器的国产化备用电源。该备用电源由主控单元、充电单元、放电单元、均衡单元和超级电容器组构成,主控单元实时监控超级电容器组的运行状态,充电、放电和均衡单元分别控制超级电容器组充电、放电和均衡过程。结果表明:该备用电源具有宽温度适应性、免维护、结构简单和国产化率较高等特点,能有效地应用于系留多旋翼无人机装备中。

系留多旋翼无人机通信系统天线布局及仿真分析

设计了一种适用于系留多旋翼无人机通信系统的天线布局,采用FEKO仿真软件进行了电磁兼容仿真分析,并进行了实装试飞。仿真及实测表明,该天线布局方式可适用于多旋翼无人机通信系统。

基于四旋翼无人机的缆索悬载系统设计

为解决四旋翼运载外部负载所增加的系统惯性,以及负载导致无人机姿态响应迟缓和对扰动抵抗性降低的问题。通过设计智能缆索悬载系统的软硬件,对无人机悬挂负载的稳定性进行了研究。首先,系统硬件以Jetsonnano为核心的感知控制器作为系统上层,搭载深度相机与激光雷达对周围目标识别和周围环境感知。其次,系统下层采用STM32单片机为姿态控制器从而实现无人机的运动控制,并且在下层控制器上集成惯性测量单元和高度测量模块;最后,上层感知控制器和下层运动控制器采用串口通信实现感知信息、状态信息以及控制信息的传递。所设计的缆索悬载系统可搭载外部设备,可在缆索末端搭载执行机构,实现末端执行器远距离对目标精确操作。

旋翼无人机折叠桨桨毂随机振动疲劳分析

旋翼无人机折叠桨桨毂是折叠桨和电机连接的重要结构,电机螺旋桨产生的随机振动是桨毂结构失效的主要原因。为了对桨毂进行振动疲劳分析,采用有限元分析软件对桨毂结构进行了模态分析和随机振动分析,结合仿真结果对桨毂结构进行优化改进。对改进前后的桨毂结构进行疲劳寿命计算及飞行试验,验证设计方法的可靠性。该设计方法可以推广应用到各类旋翼无人机产品中连接件的设计。

基于DDPG算法的旋翼无人机智能跟踪方法

针对旋翼无人机视觉伺服控制可视性约束差与控制效率低的问题,介绍四旋翼无人机的动力学模型与传统视觉伺服的基本原理;针对视觉伺服增益调节问题,提出了一种基于深度强化学习的旋翼无人机视觉伺服控制的马可科夫模型;并结合深度确定性策略梯度(DDPG)算法训练了模型,最终得到线速度和角速度2个解耦的伺服增益。结果表明,与传统的基于图像的视觉伺服(IBVS)方法相比,该方法能保证目标始终在视场中、飞行轨迹平滑、到达目标位置所需时间短,满足旋翼无人机视觉伺服控制可视性约束条件,同时,控制效率比传统控制方法高23.5%。实验中该方法能在复杂的非线性环境中实现精确控制,增加了视觉伺服技术的应用场景。

考虑无人机飞行时间的能耗与数据量联合优化

在无线传感网络中运用无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)通信进行数据采集是一项有价值的技术。针对UAV在有限时间内的数据采集任务,提出了一种考虑系统数据量、节点传输能耗和UAV飞行能耗的联合优化方案。该方案的决策空间包括UAV轨迹与传输调度,复杂度较高。由于联合优化是NP难问题,基于决策空间降维,将优化过程分为初始轨迹优化和二次轨迹优化两步。针对初始轨迹优化,提出基于贪心算法和禁忌搜索算法的优化方案,实现节点选择并得到UAV初始轨迹;针对二次轨迹优化,运用离散化方法转换原问题,采用逐次凸逼近算法进行优化,得到其有效次优解。仿真结果表明,所提优化方案能够在满足时间约束的前提下,提高UAV采集的数据量,并降低UAV和节点的能耗。

农用四旋翼无人机轨迹规划设计--基于计算机深度学习

介绍了农用无人机的工作原理,建立了其动力学模型,并基于人工蜂群的深度学习算法对农用四旋翼无人机轨迹规划进行了深入研究,确定采用线性自抗扰控制方法实现对无人机的轨迹控制。实验结果表明:农用四旋翼无人机可以平滑地从起点运行到了终点,很好地避开了途中的障碍物,证明了系统的可靠性和稳定性。

民用多旋翼无人机运行风险控制网络模型

为降低民用多旋翼无人机运行风险,从无人机操作人员的角度建立考虑控制效果和成本的风险控制模型。首先,基于贝叶斯网络灵敏度分析确定网络中的关键节点,并提出相应的风险控制策略;然后,运用图论和目标规划理论构建风险控制网络,将单一致因因素的风险控制问题转化为风险组合控制问题;最后,建立民用多旋翼无人机运行风险控制网络模型和贝叶斯控制网络模型,优选出控制效果最好、成本最低的组合控制策略并进行分析。研究结果表明:贝叶斯网络中有9个需要重点防控的致因节点;基于贝叶斯网络的风险控制模型能够确定最优组合控制策略,组合控制策略作用后,失踪、空中碰撞、坠落和人员伤亡事故发生概率相比未采取控制策略时分别下降44.12%,66.86%,44.33%,92.98%。

基于MEMS振动陀螺的旋翼无人机组合导航算法设计

旋翼无人机需要惯导提供准确的角速度和加速度测量信息,而由于无人机的振动会对陀螺输出噪声产生影响,进而影响无人机的飞行平稳性。因此,该文提出了一种面向旋翼无人机的组合导航算法,基于扩展卡尔曼滤波,结合全球导航卫星系统/惯性导航系统(GNSS/INS)组合导航算法和无地磁传感器的航姿参考系统算法,在一定程度上解决了GNSS失效情况下的姿态稳定问题。针对旋翼无人机对导航系统输出信息平稳性的要求,采用自适应陀螺采样平滑方法,在少量增加数据处理复杂度的前提下,降低了航姿和角速度信息的噪声,在无人机应用中实现了良好的飞行轨迹重复性和控制平稳性。

旋翼无人机航空γ能谱测量在异常查证中的应用

针对小面积、大比例尺铀资源勘查工作需求,设计了基于碘化铯(CSI)晶体的航空γ能谱探测器,与SY-120H无人机集成了旋翼无人机航空γ能谱测量系统,晶体分辨率优于10%,能谱峰漂优于±1道,采样频率1 Hz。该系统在石家庄航放标准模型和黄壁庄动态带上完成了系统校准,获取了一套标定参数;在二连浩特地区开展试验飞行,飞行高度约50 m,飞行速度约27.57 km/h,快速圈定了HF-08和HF-09异常的具体位置和异常范围。试验结果表明:无人机航空γ能谱测量得到的K、U、Th含量结果与地面测量结果基本一致,可为地面不易开展工作地区的地质勘查和放射性环境评价提供一种快速高效的勘查技术装备。