MUH姿态增稳控制系统设计与实现

为使微小型无人直升机(MUH)可以在各种地理环境及天气状况下平稳飞行,设计实现一个低成本的姿态增稳控制系统。其中,姿态获取模块通过基于滤波切换的重力场互补滤波估计算法得到高精度的姿态反馈,增稳控制模块采用多回路串级模糊PI控制,利用角速率内环提高系统的稳定性。实验结果表明,该系统具有良好的增稳控制效果,且成本低廉,便于应用推广。

基于视觉信息的微型无人直升机位姿估计

采用基于视觉信息的姿态估计方法对微小型无人直升机位姿估计进行了研究.在分析视觉信息与直升机运动关系的基础上,可以看出,稳定解算航拍图像序列之间的单应矩阵是整个方法的关键.而解算单应矩阵需得到序列图像之间的特征匹配点.为了获得稳定的、抗噪性强的同平面特征匹配点,方法采用了基于尺度不变特征变换(SIFT)算法和基于随机抽样一致性(RANSAC)算法的匹配策略.在一套真实的微型无人直升机系统上的实验证明,通过该方法得到的位姿信息可以达到无人直升机自主飞行所需的精度要求.

旋翼微小型无人机地面站系统的设计与实现

针对旋翼机的控制复杂性,设计一套面向旋翼式微小型无人机的地面控制站系统。利用该系统可进行航迹设定和任务规划,存储和回放飞机航行记录,接收航拍图像,并通过对旋翼式无人机虚拟模型和视频图像的融合处理,实时显示飞机飞行姿态、位置及运行状态,实现旋翼式微小型无人机的超视距遥控,具有直观、形象的良好操控性能。

微小型无人直升机协调转弯的控制和实现

针对微小型无人直升机（ MUH）协调转弯的问题,提出了控制策略和实施方案。首先在MUH数学模型的基础上,建立了MUH的状态方程,灰箱辨识得到其参数；然后分析了协调转弯的工作原理,并以无人直升机的军标ADS-33E-PRF作为参考,利用Matlab sisotool工具箱设计了协调转弯控制器,反复调整参数使其满足军标的level1标准；最后基于该对象和设计的控制器,在3~6m/s的风速下,进行了实物飞行实验。实际飞行结果表明：协调转弯控制姿态稳定,速度误差在±0.5 m/s以内,高度保持相对稳定,误差在±1.2 m以内,水平曲线近似一个圆,XY位置误差在8%以内。结果验证了所设计的协调转弯控制器可靠,工程上能实现,具备良好的鲁棒性和动态性能。

无人直升机动态逆时滞不确定鲁棒最优控制

采用动态逆控制技术来实现无人直升机的大速度范围自主巡航.为了解决对象模型非仿射结构且挥舞状态不可测导致常规精确反馈线性化难以实现的问题,将快动态的挥舞运动近似为拟静态,利用增量式非线性动态逆技术实现无人直升机转动动态的反馈线性化.为了补偿旋翼挥舞拟静态近似带来的模型失真,将主旋翼和稳定杆的等效时间处理为内环广义线性对象的滞后时间.考虑到模型误差和系统干扰,应用不确定时滞依赖H无穷最优控制方法设计内环控制器.仿真和飞行实验表明,采用该控制方法可以有效地实现存在模型不确定性的无人直升机在平飞巡航中的非线性控制,具有很好的姿态跟踪效果.

相位差结合小波包的无人直升机故障诊断

针对低成本的微小型无人直升机(MUH)传感器性能不稳定,容易出现故障的缺陷,提出了一种基于相位差和小波包分析相结合的故障诊断方法。根据MUH传感器输出信号的特点,建立了基于相位差的故障诊断模型,利用相关分析法估计相位差进行故障检测,采用小波阈值法对采样信号进行预处理,以提高相位差的估计精度,运用小波包分析进行故障分离。结合实验数据进行仿真,结果表明该方法是一种行之有效的MUH传感器故障诊断方法,已成功应用在某微小型无人直升机的飞行实验中。

基于LPV动态逆的D稳定H_2/H_∞混合鲁棒控制无人直升机巡航

将无人直升机不可测的旋翼动态视为准稳态构造线性转动动态的参数时变动态逆,引入相位补偿器解决前向通道相位滞后问题.针对动态逆方法对模型不确定性很敏感的问题,应用了H_∞鲁棒控制方法.加入H_2混合控制以改善控制性能,并加入区域稳定方法实现过渡态的控制指标.飞行试验验证了该方法的有效性.

基于DMC的微小型无人直升机航迹跟踪

微小型无人直升机的航迹跟踪需要在克服模型不确定性的同时保持良好的控制精度和动态性能。提出了航迹跟踪的动态矩阵控制(DMC)方法,通过在线优化、反馈校正抑制不确定性的影响。将系统经姿态环和速度环镇定后作为广义对象,设计了DMC控制器,并对DMC参数进行了整定。半实物仿真实验证明,采用DMC方法后,系统具有较好的动态响应,航迹跟踪效果明显改善。

位置和速度受限的微型无人直升机轨迹跟踪控制器

针对微型无人直升机在狭窄空间中的轨迹跟踪问题,设计了一种可以限制直升机位置和速度的跟踪控制器.首先将直升机的模型简化为一个未建模的动态模型.基于简化模型利用受限反步法设计控制器,其中在位置控制回路用障碍李雅普诺夫函数代替传统的纯二次型李雅普诺夫函数,以此来限制直升机的位置和速度;用指令滤波器对反步过程中虚拟控制的导数进行估计,避免了复杂的解析计算.此外,将未建模动态和指令滤波器误差合并成有界扰动项,并设计了自适应算法对扰动的上界进行估计和补偿.稳定性分析证明了直升机的闭环跟踪误差最终一致有界,且位置和速度始终位于预设的限制集合中.仿真结果验证了该控制器的有效性.

基于DSP的三维测姿系统硬件设计和算法实现

对于微小型无人直升机系统,本文介绍了基于DSP的三维测姿系统的硬件电路设计和四元数解算算法的实现及验证。该系统的硬件部分由角速率陀螺、滤波电路和DSP系统板等组成。角速率陀螺输出信号经过硬件滤波后由AD通道采集,经过数字滤波后,利用四元数算法解算出姿态数据。文中提出了硬件设计和实现及解算算法实现中需要注意的问题和相应的解决方案,测试结果表明该系统是有效的。

微小型无人直升机建模与姿态控制

建立了微小型无人直升机数学模型,并采用误差预报法进行参数辨识,获得了较高精度的数学模型。应用H_∞回路成形鲁棒控制方法设计了微小型无人直升机姿态控制器,并进行了频域分析,开环控制系统的成型效果良好。在模型浮动20%条件下进行仿真,结果表明控制系统具有较强的鲁棒性。飞行试验获得了良好的控制效果,验证了建模与控制器设计方法的可行性和有效性。

基于LPV模型逆的无人直升机中低速巡航控制

为了提高无人直升机闭环控制系统的动态带宽,从非线性标称模型中通过动态线性化得到变化参数为前进比的线性参数变化模型,以此构造模型逆控制器。这种控制器综合方法分为姿态和速度共内外两层结构,并且可以有效地实现各级动态指标。通过借用非线性标称模型构建的闭环系统仿真表明:这种控制器综合方法在无人直升机从悬停到低中速前飞的动态范围中有令人满意的控制效果。