反潜机磁探仪跟踪航路规划建模与仿真

磁探仪具有不受水文气象条件限制、可以连续搜索、定位精度高等特点,是现代反潜飞机主要的探测设备。基于反潜巡逻机磁探仪实际对潜跟踪过程,建立八字形、苜蓿叶形、八苜形跟踪航路规划数学模型、潜艇位置分布模型等,仿真分析了潜艇位置散布、潜艇经济航速、初始发现位置、海洋环境磁噪声等对不同磁探仪跟踪航路跟踪发现潜艇的影响,为航空磁探仪的作战使用提供理论依据。

基于反步法和非线性动态逆的无人机三维航路跟踪制导控制

为实现无人机在大范围内稳定、精确地跟踪三维参考航路,基于制导与控制回路独立设计的思路,提出了一种无人机三维航路跟踪制导控制方法。在制导外环,引入沿参考航路飞行的虚拟无人机作为向导并利用反步法设计三维航路跟踪的非线性制导律;在控制内环,以非线性动态逆理论和奇异摄动理论为基础,设计由机动指令生成器、角度转换器、慢回路姿态控制器和快回路角速度控制器所组成的飞行控制模块,对制导外环给出的制导指令进行快速精确地跟踪。基于Lyapunov稳定性理论证明了无人机航路跟踪制导控制方法的稳定性。通过对比分析无人机6自由度模型下的三维航路跟踪仿真,说明所提出的制导控制方法能够使得无人机精确地跟踪参考航路,从而验证了该方法的有效性、合理性。

基于航路点跟踪的AUV回收控制

针对军事侦察和海洋观测领域中对自主水下航行器(AUV)自主回收能力的需求,研究了AUV自主回收中的航路点跟踪控制问题。在海流干扰作用下,设计航路点规划跟踪路径,然后运用自适应滑模方法设计AUV的动力学控制规律。采用横向跟踪控制算法,使AUV精确地沿着规划的运动路径进入回收器中。仿真结果表明,所设计的控制规律是有效的,AUV能较好地完成航路点的跟踪任务,并最终到达回收器中实现了对接。

无人机三维航路自适应跟踪控制

针对无人机自动驾驶仪参数标称值偏离实际值情况下的航迹跟踪问题,提出一种无人机三维航路自适应跟踪导引律。首先在无人机自动驾驶仪参数无偏离的条件下,推导出能够跟踪三维航路的速度指令、航迹倾斜角指令和航迹方位角指令,并使用Lyapunov稳定性理论证明了跟踪系统全局渐进稳定;之后考虑自动驾驶仪参数标称值偏离实际值的情况,设计自适应算法在线估计自动驾驶仪参数,得到无人机三维航路自适应跟踪导引律。仿真实验表明所提出的自适应跟踪导引律能够使无人机在自动驾驶仪参数偏离条件下有效跟踪三维航迹。

海流干扰作用下欠驱动AUV航路点跟踪控制

针对海流干扰作用下欠驱动自主水下航行器(AUV)的航路点跟踪控制问题,建立了水平面内欠驱动AUV三自由度数学模型,以相对于水流的前向速度和角速度为虚拟输入,设计了航路点跟踪控制的运动学控制律,然后基于反演方法设计了动力学控制律,得到控制力和控制力矩。在航路点跟踪控制仿真研究中,指定AUV依次通过惯性坐标系内一系列航路点,仿真结果表明,所设计的控制律有效,欠驱动AUV能较好的完成航路点跟踪任务,并到达最终目标点。

水下航行器航路点跟踪控制及其仿真

针对水下航行器在水平面内的航路点跟踪控制问题,建立了航行器的运动学和动力学模型.通过使用视线导引算法,设计了航行器的滑模控制器,同时综合应用Lyapunov方法证明了跟踪误差的全局渐近稳定性.在航行器航路点跟踪控制仿真研究中,指定航行器依次通过预先设置的一系列航路点,仿真结果表明,所设计的控制律有效,航路点跟踪误差收敛,可以对未来水下航行器的控制系统设计提供有效的理论指导和技术支持.

无人直升机航路跟踪控制系统设计与仿真

针对无人直升机耦合强和抗扰能力差的特点,提出了一种基于增量非线性动态逆和比例积分(PI)控制器的混合航路跟踪控制系统。首先,建立无人直升机的飞行动力学模型;其次,对增量非线性动态逆控制原理进行说明;随后,推导增量非线动态逆控制律计算式,并构建角速率、姿态以及高度控制回路;然后,采用PI控制器搭建航迹控制和速度控制回路;最后,通过4种工况下的飞行仿真验证了控制系统的鲁棒性和正确性。

全驱动AUV系统路径跟踪设计与实现

针对全驱动自主水下航行器(AUV)水下搜救和回收等应用需求,提出一种基于全球定位系统(GPS)、多普勒计程仪(DVL)、光纤惯导和深度计及航路点跟踪的AUV路径跟踪控制系统。结合自主研发的“探海Ι型”AUV样机,介绍了AUV分布式系统组成结构、基于MOOS库的软件开发设计以及基于PC104总线架构开发的硬件设计,并针对AUV系统的路径跟踪功能,阐述了航路点跟踪原理及以GPS、DVL、光纤惯导和深度计为基础的导航算法,并设计了比例-积分-微分(PID)路径跟踪控制器,最后进行了路径跟踪湖试,经过对试验曲线的分析,验证了该方法的有效性,为今后进一步优化路径跟踪探明了一条可行的技术途径。

多自主水下航行器编队控制系统设计

针对在大范围海域完成搜索和侦察任务的多自主水下航行器(Multiple AUV,MAUV)系统,提出一种MAUV控制系统的体系结构和编队航路点跟踪控制算法。控制系统采用分层递阶体系结构,包含任务规划层、控制协调层、运动控制层和执行控制层。而编队控制算法则采用"领航者-跟随者"法,基于横向跟踪控制,领航者沿连接航路点的直线运动,而跟随者则以一定的横向队形,平行于领航者航路运动,并通过速度调节实现纵向的队形控制。采用该编队控制方法,跟随者仅需要获得领航者的坐标即可实现编队控制,极大地降低了AUV之间的通讯要求,仿真结果验证了该系统的有效性。

飞翼无人机四维非线性反步制导律设计

针对飞翼无人机操纵能力不足、非线性和耦合性强等特点,以及对时间维度控制的需求,提出一种四维非线性制导律设计方案。在制导回路设计上,引入了虚拟向导无人机概念提供制导律所需要位置和速度信息,并采用反步方法设计了四维航路非线性制导律。该制导律通过对飞翼无人机速度的控制,从而实现了对时间维度的控制。同时,为了连接控制回路和制导回路,设计耦合回路。仿真结果表明,该制导/控制设计方案可以精确地实现对航路的四维跟踪。

基于凸面体圆弧航路的无人机自主避障算法

为解决无人机飞行过程中障碍物规避问题,提出一种新的三维自主避障算法.首先,根据障碍物的若干信息利用标准凸面体对不规则障碍物进行数学建模,用一个或多个标准凸面体覆盖障碍物整体或关键部分;然后,根据障碍物模型设计圆弧规避航路算法,将避障问题转化为跟踪规避航路控制问题,并定义避障判定、避障方向判断和成功避障规则;最后,结合非线性制导律和高度通道控制,实现无人机实时三维航路跟踪与自主避障.非线性数值仿真结果表明,避障算法能够有效地规避障碍物且三维航路跟踪精度好,能够应用于无人机的避障飞行任务.