基于离散特性的飞行器姿态智能控制方法研究及实验设计

针对飞行器姿态复合控制问题研究中直接力连续化处理导致的与实际工程特性差距较大问题,研究了体现直接力离散特性的控制系统构建方法及控制参数优化设计方法。首先,搭建了体现直接力离散特性的飞行器姿态复合控制系统框架及模型;然后针对复合控制问题的非线性、强耦合、多约束等复杂特性,采用PSO算法对控制律及控制分配参数进行多目标优化设计,构建了飞行器姿态智能控制系统;再通过数字仿真从控制算法、PSO算法参数、飞行器系统参数三个方面对智能控制问题研究方法进行了说明;最后,依托最新科研成果设计开发了飞行器姿态智能控制实验系统,为自动化专业本科生智能控制类课程实践教学及创新型人才培养提供了自主开放的实验研究平台。

基于PSO的飞行器姿态智能控制技术研究

以气动舵/推力矢量/直接力复合控制飞行器为对象,研究了多维异构复合姿态控制系统的控制律及分配律一体化智能设计问题。首先提出了基于PSO(Particle Swarm Optimization)算法的“智能控制律+智能分配律”飞行器姿态多维异构智能复合控制算法框架,并建立了控制系统数学模型,然后重点研究了控制律及分配律参数的智能优化算法实现方法,最后通过数学仿真验证了提出方法的有效性。仿真结果表明,所设计智能优化复合控制系统在标称模型以及模型摄动情况下均能够实现对姿态角指令的准确快速跟踪。

隧道波导环境中旋翼飞行器姿态控制方法研究

目前研究的旋翼飞行器姿态控制方法在隧道波导环境下控制精度较低,鲁棒性较差。为了解决上述问题,针对隧道波导环境研究了一种新的旋翼飞行器姿态控制方法。分析狭窄隧道环境下旋翼飞行器湍流的形成,研究飞机在飞行器湍流形成过程中的层流失稳、转捩与进入湍流发展状态。确定雷诺数,计算旋翼飞行器转捩位置,根据紊流尺度得到雷诺数。采用PCS对偏航通道、俯仰、滚转进行姿态控制,使旋翼飞行器可稳定、安全飞行。实验结果表明,研究的旋翼飞行器姿态控制方法具有较强的分析系统动态性能的能力,可以在隧道波导环境中保持良好的控制性能的能力,提高了鲁棒性。

飞行器姿态对空间相机像移补偿的影响

通过分析飞行器姿态对像移补偿结果的影响,提出空间相机对飞行器姿态精度的要求以实现高精度的像移补偿。根据调制传递函数对像移匹配特性的要求进行分析,确定了允许的像移匹配误差。然后,用蒙特卡洛法(即统计试验法)对像移速度误差进行分析和计算。最后,确定了满足空间相机像移补偿要求的姿态精度。通过计算得出,满足96级TDI-CCD像移匹配误差要求的飞行器指向精度应优于0.1°,姿态稳定度应优于0.005°/s。实验结果表明,本文提出的方法简单,易于实现,适用于空间相机像移补偿系统的研究。

飞行器姿态对CMOS航空相机成像的影响

为了消除CMOS航空相机高速成像时存在的卷帘快门(RS)效应对成像质量的影响,建立了在任意姿态角下计算CMOS相机RS效应的数学模型。通过分析CMOS成像原理,利用坐标变换法求得像面上任意像素点的速度。在分析卷帘快门原理的基础上推导出了RS效应的解析式。利用蒙特卡洛统计方法分析模型精度,对模型关键参数进行了仿真实验,并讨论了帧间延迟和姿态角对RS效应的影响。实验结果显示:在高度测量误差小于0.09km,速度测量误差小于0.3km/h,姿态角测量误差小于0.02°时,该模型的精度在1/3个像元以内。得到的结果证明了本文模型的有效性。该模型可作为定量分析大面阵CMOS相机RS效应的理论依据,对CMOS传感器在航空相机领域的应用有指导作用。

基于CCD星跟踪器的飞行器姿态估计算法研究

第二代 CCD星跟踪器作为飞行器姿态测量仪器 ,因其指向精度高、无姿态累积误差、快速的故障恢复能力和智能化而受到人们的青睐。介绍了根据 CCD星跟踪器的视场来确定飞行器姿态的原理及如何运用改进遗传算法来求解这一问题 ,仿真结果表明效果良好。

飞行器姿态参数的光学测量方法及其精度的蒙特卡罗模拟

提出了一种基于光学测量的屏幕光斑成像法的数学模型,用于测量飞行器目标三维姿态参数。首先,用激光跟踪仪对实验场地内的多方位高速摄像机和固定屏幕进行全局标定,并建立各坐标系间的转换关系,然后,通过安装在飞行器表面的激光器合作目标向屏幕上投射激光光斑,利用高速相机拍摄屏幕上随飞行器姿态变化而变化的光斑位置,并对得到的光斑序列图像进行分析以确定飞行器的姿态。通过蒙特卡罗模拟仿真,本文分析了该方法的误差因素并对其精度进行了评估。仿真数据表明,各姿态参数的测量误差基本服从正态分布,在一定转动范围内,其误差值不超过3′。

飞行器姿态的一种鲁棒自适应模糊解耦控制

飞行器姿态系统具有非线性、强耦合、多输入多输出 ( MIMO)的特点。本文针对飞行器姿态模型的非线性和不确定性 ,提出鲁棒自适应模糊解耦控制方法 ,对飞行姿态进行机动控制。首先 ,设计基于精确反馈线性化的模糊解耦控制环节。针对模糊逼近所带来的误差以及外部干扰项 ,采用 H∞ 鲁棒补偿控制方法 ,使误差干扰项对系统的影响最小。为充分利用有限的模糊规则 ,采用非线性可调参数模糊模型。模糊参数的自适应调节律由李雅普诺夫综合法得到。数学仿真表明 。

一种改进Fuzzy-PID技术的飞行器姿态控制系统设计

为了克服飞行器模型不精确以及在飞行过程中各种随机因素带来的干扰,提高飞行器姿态控制精度和稳定性能,提出了一种改进的Fuzzy-PID技术飞行器姿态控制系统,并进行数学仿真。根据姿态角大小决定采用Fuzzy控制或PID控制。同时,在Fuzzy控制器中引入自动修正因子n对模糊控制器的参数进行在线修改,增强参数在线自调整能力。实验仿真结果表明该方法能够迅速减小姿态角偏差,改善系统的动态响应特性,提高飞行器自适应能力。

基于模型参考滑模控制的飞行器姿态控制

研究了空间飞行器大角度机动飞行的变结构姿态控制。采用参考模型的方法设计滑模控制律,首先应用误差四元数来描述参考模型姿态运动,设计符合姿态控制要求的参考模型控制量。在此基础上,应用滑模变结构控制理论设计系统控制量,能使得系统状态跟踪参考模型又能快速趋近滑动面,有效缩短了变结构控制系统中趋近过程,从而提高了变结构控制律的品质。数字仿真结果表明了该控制算法的有效性。

基于飞行器姿态控制系统的导引头跟踪实验

为形象地模拟导弹跟踪目标时的姿态控制和调整过程,提高学生对于飞行器控制课程的理解,开发了飞行器姿态控制系统的导引头跟踪实验。介绍了实验系统的组成,包括硬件结构和软件平台;阐述了导引头跟踪目标实验的原理,分别验证了在目标静止和运动情况下,导引头对目标进行跟踪的效果,并且得到了仿真图形。

基于OpenGL成像机理的飞行器姿态模拟

针对当前块匹配方法进行飞行器姿态视景模拟的拟合度不高的问题,提出一种基于OpenGL成像机理的飞行器姿态模拟方法,进行飞行器姿态的3D模型建模和纹理映射处理,采用模板匹配技术进行飞行器姿态模型的状态信息特征分析和渲染,实现飞行器姿态的实体模型三维重构。在OpenGL环境中进行实体建模,仿真结果表明,采用该方法进行飞行器姿态模拟的拟合精度高,图像渲染的输出信噪比高于传统方法,具有较好的视景仿真效果。

基于改进自适应UKF算法的飞行器姿态确定

针对飞行器姿态估计系统问题,UKF存在抗干扰能力差的缺陷,提出一种改进的自适应UKF。该算法通过引入自适应因子来调整状态增益矩阵,可以较好地克服干扰。实验仿真结果表明了本文提出的算法的有效性。

噪声相关情况下的强跟踪滤波器在飞行器姿态确定中的应用

针对飞行器姿态估计系统问题,标准EKF存在不能克服测量噪声和过程噪声相关和抗干扰能力差的缺陷。为此,提出了一种噪声相关的强跟踪滤波器算法,该算法通过引入噪声相关矩阵和自适应因子来调整状态协方差矩阵和增益矩阵,可以较好地克服干扰和噪声相关的情况。通过实验仿真结果表明算法的有效性。

空间飞行器姿态网络控制系统的模糊变结构控制

应对空间飞行器网络化的趋势,针对空间飞行器姿态网络控制系统模型的网络诱导时延、非线性和不确定性提出了分散模糊变结构控制方法。利用模糊系统对不确定性函数进行逼近,针对模糊逼近所带来的误差以及外部干扰项,采用补偿方法,使其对系统的影响最小。通过滑动模态面的设计,降低了网络诱导时延对姿控系统的影响。理论分析和仿真研究表明,提出的控制方法具有姿态跟踪精度高,实时计算量小,对网络诱导时延鲁棒性好,便于工程实现等优点。

基于修正粒子滤波的MEMS传感器飞行器姿态解算（英文）

针对单一采用MEMS传感器解算飞行器姿态无法克服系统非线性噪声干扰的问题,提出了一种基于修正粒子滤波的MEMS传感器飞行器姿态解算方法。首先,利用共轭梯度法减小陀螺仪漂移误差,然后,利用加权粒子构造概率密度函数以更新粒子权值,得到优化状态估计值;再将共轭梯度法与修正粒子滤波进行融合,确定加权因子,同时以STM32与MEMS传感器为核心设计姿态解算系统。实验结果表明,该方法优化了飞行器静态与动态性能,姿态解算性能良好,系统过渡时间短,跟踪特性较好,且增强了系统的鲁棒性与稳定性。

基于极化电磁波的飞行器姿态角估计新方法

提出使用单矢量传感器进行飞行器姿态角估计的新方法,安装在飞行器平台的单电磁矢量传感器接收来自基站的极化电磁波信号,用MUSIC算法进行信号DOA和极化参数估计,得到机体坐标系到地理坐标系的转换矩阵即飞行器姿态矩阵,最终估计飞行器姿态角。Matlab仿真验证了该方法的有效性,姿态角估计误差在1.5°内,满足飞行器控制的要求。

基于二阶滑模控制的飞行器姿态控制器

滑模变结构理论因其无需被控对象准确数学模型、抗干扰性强等特点被广泛应用于飞行器姿态控制系统中,但其最大的缺点为控制过程中产生的抖振现象。将飞行器姿态的数学模型分解为三个独立通道,分别设计了三通道的二阶滑模到达条件,并在此基础上设计了三通道控制器。经理论证明,所设计的到达条件具有稳定性及鲁棒性。经仿真验证,所设计的控制器对抖振现象有较强抑制作用,姿态跟踪过程平滑且快速,无超调量。此外,在系统存在外加干扰时,控制器仍能保持良好的控制效果。

飞行器姿态对GPS信号仿真的影响分析

现代飞行器运动特性复杂,其姿态变化引起的天线对空覆盖特性改变,使得天线前端接收的信号增益变化。传统GPS信号仿真,在处理其信号增益上没有考虑上述影响。为此,综合天线波瓣图、坐标系转换以及飞行器的姿态,导出GPS信号增益模型,实现飞行器姿态在GPS信号仿真上的体现,对于深化卫星信号仿真技术具有工程上的指导意义。

西欧空间飞行器姿态与轨道控制技术 国际学术讨论会情况介绍之(二) 三、姿态控制和轨道控制执行元件

荷兰会议上关于姿态和轨道控制执行元件方面的论文有18篇,包括磁控技术、飞轮、单组元肼推进、双组元化学推进、固体推进和电推进等内容,基本上反映了欧洲当前技术水平和下阶段打算。 (一)