基于视觉伺服的四旋翼吊挂抗摆控制方法

四旋翼吊挂飞行时载荷的摆动会显著影响无人机的操纵性和稳定性,无人机运动会引起负载振荡,严重威胁控制系统的安全。针对无人机从起飞阶段加速跟踪远距离时变期望轨迹,尤其是弧形轨迹的过渡过程中,吊挂载荷摆动频率较高的问题,提出了一种基于视觉伺服的三闭环轨迹跟踪和载荷抗摆控制方法,通过对期望姿态角指令进行修正,减小载荷摆动对无人机的影响。对不同吊挂载荷质量以及载荷质量突变的情况进行了分析,仿真和飞行实验结果表明,该抗摆控制策略不但可以极大地降低吊挂载荷的摆动频率,还能使无人机平稳跟踪期望飞行轨迹。

变质量负载四旋翼无人机抗风性研究

四旋翼无人机已越来越多的应用于农业植保方面,针对其随着农药量的减少以及外部风扰影响下导致系统的飞行性能的问题,设计了一种积分反步控制法与串级RBF神经网络PID控制相结合的控制方案。方案具有内外环结构,在外环采用积分反步法,对水平位置和高度进行控制;内环采用串级RBF神经网络PID控制,依靠神经网络自学习性对PID参数动态整定实现对姿态角的控制。仿真结果表明,与常规PID控制相比,该方案随外界干扰的波动范围更小,误差更小,证明了该方案的抗干扰性更强。

基于效用函数的UAV辅助网络负载均衡算法研究

UAV由于具有高移动性、高视距通信概率等优点,在无线网络中发挥重要作用。然而在多UAV系统中,传统的用户关联策略无法满足UAV按需部署,存在着负载不均衡的问题。为此,首先构造了一个效用函数,综合考虑了用户的接收信干噪比、UAV负载以及由同一UAV服务的用户集合在空间上的离散程度3种因素。其次,通过求解效用最大化问题实现网络负载均衡。为了求解这个混合整数非线性的非凸问题,提出了一个基于效用函数的负载均衡算法,将原始问题分解为用户关联和UAV位置优化两个子问题进行迭代求解。在给定UAV位置的条件下,提出了一种基于效用最大的用户关联算法来获得最佳的用户关联方案。基于当前最佳的用户关联方案,提出了一种改进的分布式按序位置优化算法来获得最佳的UAV位置。最后,通过连续迭代求解用户关联和UAV位置优化子问题,可以得到最优的用户关联方案和UAV位置。仿真结果表明,提出的算法在负载均衡水平上比最大SINR关联方法和“最大SINR+UAV位置优化”方法分别提升了52.56%和7.63%,具有显著提升负载均衡效果的优势。

基于数字孪生的车联网边缘计算技术研究

针对复杂时变信道条件下,车辆网络对高计算性能的需求问题,提出了一种基于数字孪生的移动边缘计算的多无人机辅助的车辆网络系统,引入数据中心存贮数字孪生系统数据进行协助,以提升整体系统的效率,在此基础上建立了所有无人机和车辆间通信的时延最小化问题,并给出基于近端策略优化算法的问题求解方案,仿真实验证明了该方法的可行性和有效性,该方法所计算的时延相比贪婪算法、策略梯度算法等具有较大的改善。

基于油电混动六旋翼无人机的模糊PID飞行控制策略研究

针对油电混动六旋翼无人机飞行因燃油消耗而产生变载荷,进而导致飞行姿态响应迟钝的现象,设计出结合能量管理的模糊PID(proportion integration differentiation,PID)飞行控制策略。首先,以最大需求功率为2.0 kW、质量为18 kg的油电混动六旋翼无人机为研究对象,建立MATLAB/Simulink模型;其次,利用模糊算法对变载荷的质量和转动惯量进行模糊化-隶属度函数-规则库-反模糊化处理,实时调整PID值,解决姿态响应迟钝的问题;最后,设计阶梯和巡航工况,观测无人机的姿态响应情况。结果表明:燃油消耗会在姿态变动时,对位置偏移产生不利影响;与普通PID相比,提出的飞行控制策略会实时修正不同载荷下的PID参数,当飞行状况改变时,位置峰值偏移量为6 m,稳定性能良好;同时,在偏移修正方面,模糊PID可在20 s内对偏移量进行修正,并且能持续保持现有姿态,表明模糊PID飞行控制策略具有优异的跟随性能。

无人机载荷数据处理与分析系统的架构设计与优化

在21世纪的技术革新浪潮中,无人机技术以其独特的魅力和广泛的应用前景,正日益成为创新的前沿领域。在众多无人机应用场景中,载荷数据处理与分析系统扮演着至关重要的角色。如何设计并优化无人机载荷数据处理与分析系统,提高数据处理效率和分析精准度,成为当前无人机领域研究的热点问题。文中阐述了无人机载荷数据处理与分析系统的设计目标,提出了无人机载荷数据处理与分析系统的架构设计与优化策略,最后结合实际案例进行了详细分析,以期为该行业提供参考价值。

无人机吊运模块化钻机技术研究与应用

根据推动绿色勘查工作、构建统筹生态环境保护与找矿突破的现代化装备体系的要求,本文针对南方地区典型的森林覆盖区地貌特征,探索了无人机吊运模块化钻机技术。分析了TF-500系列型重载无人直升机系统和ZY-800P型便携式全液压模块化钻机的性能及其选型适合性,并实际应用在湖南新化县月光冲矿区金矿详查项目钻机搬迁中。展示了该技术出色的环境适应性和应用实用性,利用无人机的飞行能力来实现对钻机设备的高效、精准吊装和运输,大幅缩短了搬运周期,减少了对生态的破坏,提高了作业的安全性和效率。

大载荷植保无人机施药参数优选及不同药剂对橡胶树“两病”的飞防效果研究

本研究利用大载荷油动植保无人机(FBH300T)开展橡胶树白粉病和炭疽病(简称橡胶树“两病”)的飞防试验,分析飞行离冠层高度3、5、7 m和施药量60、90、105L/hm^(2)两个参数对橡胶树上、下层叶片雾滴沉积分布的影响。发现飞行高度和施药量对雾滴密度和雾滴覆盖率均表现出极显著的影响,筛选出飞行离冠层高度5 m、施药量90 L/hm^(2)、飞行速度5 m/s是该机型的最优施药参数。利用兼治橡胶树多种叶部病害的新型专用药剂19%保叶清微乳剂,以及60%硫磺粉悬浮剂、45%戊唑·咪酰胺水乳剂和50%硫磺·三唑酮悬浮剂等高效药剂与大载荷植保无人机配套施用,分析各药剂单独和两两混配施用对橡胶树“两病”的飞防效果。结果表明:4个单剂中对白粉病防效最好的是50%硫磺·三唑酮悬浮剂,其次是19%保叶清微乳剂;对炭疽病防效最好的是19%保叶清微乳剂,其次是45%戊唑·咪酰胺水乳剂。药剂两两混配施用下,19%保叶清微乳剂和60%硫磺粉悬浮剂按1∶1混配对白粉病和炭疽病的防效最好,其次是19%保叶清微乳剂和50%硫磺·三唑酮悬浮剂按1∶1混配。本研究结果可为橡胶树“两病”无人机飞防技术熟化和飞防专用药剂的选择提供参考依据。

崩滑流典型灾害无人机应急测绘系统分析

广东省是地质灾害发生较严重省份之一,崩滑流三种典型斜坡变形破坏自然灾害占比超过90%,对无人机应急测绘系统选型提出迫切要求。通过分析灾害发生特征,以及2010年以来广东省突发自然灾害应急测绘保障工作基础上,提出斜坡变形灾害不同灾种无人机应急测绘系统主要选型指标和关键技术要点。结果表明:①广东省中小型崩塌、滑坡灾害发生集中在山区坡脚,以旋翼无人机应急测绘系统为主。大中型泥石流以复合翼无人机应急测绘系统为主,搭载相机或激光雷达测量、评估受灾区域范围及流量土方,以满足应急测绘辅助决策基本保障。②选用不同无人机应急测绘平台载荷要综合考虑应急环境适应性、航飞安全性、传感器互换通用性及航摄成图效率等指标。

橡胶树叶部病害大载荷植保无人机防治技术规程

白粉病、炭疽病和棒孢霉落叶病是国内橡胶树主要叶部病害,目前生产上主要采用人工背负式喷粉的施药方式,存在防治技术落后、施药效率低、用药量大、耗费劳动力等问题。大载荷植保无人机飞防将成为热带高大经济作物病害防治更为高效的技术手段。为了规范指导大载荷植保无人机在橡胶树叶部病害防治技术上的应用,确保防治效果和作业安全性,文章总结了飞防技术的适用范围、规范性文件引用、术语和定义、病情调查、无人机作业环境和条件、飞防作业要求、飞行参数、药剂准备和装载、防效调查等内容,并形成了一套橡胶树叶部病害大载荷植保无人机防治技术规程,对规范植保无人机在橡胶树上的应用、确保高质量安全作业、保证防效等方面具有重要意义,为制定橡胶树叶部病害植保无人机飞防技术标准提供参考。

四旋翼无人机吊挂飞行减摆控制

针对四旋翼无人机吊挂飞行系统存在模型偏差及外界干扰带来的位置跟踪和减摆控制难的问题,提出了一种基于补偿函数观测器的非线性控制方法。首先,建立了四旋翼无人机吊挂飞行系统动力学模型,并设计了补偿函数观测器对未建模动态和未知扰动进行观测;然后,针对系统参考输入跟踪误差约束,构建了障碍Lyapunov函数来设计反步控制器,并在控制器中引入补偿函数观测器的估计值对系统总扰动进行补偿,保证了无人机位置误差和负载摆角在约束范围内变化,使系统能够达到预期控制效果。Lyapunov稳定性分析证明了闭环系统的稳定性、位置误差的收敛和摆动的抑制。仿真结果表明,设计的控制器在对无人机位置精确控制的同时,能有效抑制吊挂负载的摆动。

改进自组织映射的多无人机协同任务分配方法

针对现有算法对多无人机(UAV)协同进行多任务分配时存在负载均衡和执行效率方面的不足,提出一种改进的自组织映射(ISOM)算法。该算法根据飞行时间和任务执行时间设计了UAV的负载均衡度,以提升任务完成的效率;还设计了新的非线性变化的学习率和邻域函数保证ISOM算法的稳定性和快速收敛。然后,在不同任务环境对ISOM算法进行了有效性验证。实验结果表明,与结合遗传算法的粒子群优化(GA-PSO)、Gurobi和ORTools算法相比,ISOM算法的任务完成时间可分别减少15.5%、12.7%和7.3%;在TSPLIB数据集的实例KroA100、KroA150、KroA200上进行航迹长度减小的有效性验证时,与杂草优化(IWO)算法、改进的单亲遗传算法(IPGA)和蚁群单亲遗传算法(AC-PGA)的对比结果表明,ISOM算法在无人机数量为2、3、4、5、8时,均获得了最小的航迹长度。由此可见,ISOM算法在解决多UAV协同多任务分配问题时效果显著。

中型无人机飞行包线研究

由于现有国内外无人机标准均参考有人机适航规章与标准制定,飞行包线中载荷因数规定得相对保守,直接造成机体结构设计偏重。本文对比研究国军标无人机强度刚度规范GJB 5435—2005与北约无人机系统适航性要求NATO STANGA 4671中的飞行包线计算方法,采用离散突风模型与连续湍流模型计算飞机突风载荷因数,同时结合美国联邦航空局(FAA)通用飞机法向加速度数据分析与收集项目DOT/FAA/CT-91/20发布的飞行载荷因数实测数据,对现有标准中的中型无人机飞行包线进行合理裁剪,裁剪后的飞行包线可有效降低机翼载荷,进一步促进飞机结构减重。

电动手掷无人机起飞重量的估算方法研究

电动无人机在飞行过程中重量基本不发生变化,采用燃油机任务剖面法难以对电动无人机起飞重量建立准确的估算模型。针对小型电动无人机起飞重量的估算需求,在整合相关研究成果的基础上,将现有与电机最大功率有关的电机、螺旋桨、电调质量估算经验公式均转化为只与飞机功重比、起飞总重有关的估算表达式。通过能量守恒构建了与飞机功重比、飞行时长有关的电池质量系数估算模型。利用最佳翼载荷等选取方法确定翼载荷和功重比。最终推导了一种基于不同飞行阶段的功重比、飞行时长的快速估算电动手掷无人机起飞重量的迭代方法。以某电动手掷无人机设计参数作为算例进行估算并与现有同量级电动无人机参数比较,验证了所提估算方法的有效性。

自适应ANP CRITIC的无人机集群网络优化算法

针对簇首选取过程中的指标权重适应性差与分簇规模差异性大等问题,提出一种基于自适应ANP CRITIC的无人机集群网络优化算法。结合无人机集群的分簇规模与节点能耗,通过节点连通度、节点负载失衡度、节点平均通信距离、节点剩余能量和节点相对移动性五个因素指标,设计ANP CRITIC自适应机制,实现不同编队飞行场景下各因素指标主客观权重的求解;引入博弈论的思想修正主客观权重,根据簇首权值选取最优簇首,并对文中算法性能进行仿真和分析。仿真结果表明,相较于LID算法、WCA算法和IWCA算法,文中算法的簇首数量和簇内平均通信距离控制在较优范围;在网络中节点失效率达到1%,20%,50%的情况下,文中算法无人机集群网络寿命分别延长约99.36%,47.97%和12.85%;簇内节点间通信质量分别提升约425%,147%和31%。结论可为无人机集群网络管理优化提供理论参考。

中小型ISR无人机海战场的运用与关键技术分析

无人机是海上航空侦察的重要手段之一,是未来海战场获得制信息权、制空权的主要侦察力量。通过梳理国内外海上中小型无人机的型号和属性特点,对中小型ISR无人机在海战场的运用模式和运用优势进行了研究,探讨了中小型ISR无人机应用于海战场所面临的问题,并分析了发射与回收、自主控制、任务载荷、通信链路、平台设计等关键技术,展望了中小型ISR无人机的发展趋势,为中小型无人机在海上ISR领域的推广应用和规划发展提供了参考与思路。

农用无人机多传感器遥感辅助小麦育种信息获取

为实现小麦育种过程中大规模育种材料表型信息快速高通量获取,该文分别从无人机平台优选、农情信息采集传感器集成及数据处理与解析等方面开展研究,研发了一套农业多载荷无人机遥感辅助小麦育种信息获取系统。该系统基于多旋翼无人机平台,并集成高清数码相机、多光谱仪、热像仪等多载荷传感器,提出了无地面控制点条件下的无人机遥感数据几何精校正模型,实现多载荷遥感数据几何校正。该系统操控简便,适合农田复杂环境条件作业,能够高通量获取作物倒伏面积、叶面积指数、产量及冠层温度等育种关键表型参量,为研究小麦育种基因型与表型关联规律提供辅助支持。

基于多旋翼无人机平台的天线远场测试系统设计

为克服地面反射对测试的影响,一般会将标校塔建得较高,导致场地建设成本和难度大大增加。文中提出了一种基于多旋翼无人机平台的天线远测试系统设计方法。该方法利用多旋翼无人机可空中定点悬停的优点,搭载相应频段的测试标校载荷,在地面控制系统的控制下进行雷达天线远场测试,可大大增加天线远场测试的灵活性,使大型天线远场测试摆脱对测试塔的依赖,降低测试成本,具有较强的推广价值。

低速长航时无人机垂直突风过载分析

低速中空长航时无人机的升力非线性较强,利用标准离散突风模型和连续紊流模型计算得到的突风过载差别较大。针对该问题,本文采用改进的离散突风模型求解突风载荷,即直接求解突风条件下原始的运动学方程,并在运动历程中考虑非线性升力的影响。结果表明:改进的离散突风模型计算得到的突风载荷明显低于标准离散突风模型所得的载荷,更贴近无人机的实际情况,且改进的离散突风模型与连续紊流模型的计算结果也相近。

基于能量平衡的太阳能飞机可持续高度分析

相对于常规动力型式的长航时飞机,尽量提高太阳能飞机的最大持续任务高度,更能体现其在工程应用中的显著优势。基于能量平衡,采用敏度分析的方法,着重分析了各总体参数对太阳能飞机可持续高度的影响及约束程度。参与分析的总体参数有各系统部件的"效率特性"参数、"重量特性"参数和设计指标中的飞行季节等。研究结果表明:主要有光伏组件效率及其面密度、结构面密度和二次电池比能量共同约束着可持续高度的上限;要实现跨季节或数年飞行时,飞行季节也约束着可持续高度的上限;另外,仅从能量采集与能量消耗之间的差值来看,太阳能飞机"有利"巡航高度约为10 km。所研究的结果能为太阳能飞机方案设计阶段中的总体参数选型提供指导。