Analysis of reflected signal of quad rotor UAV based on model fitting in mobile communication system

In view of the many scenes of unmanned aerial vehicle(UAV)detection,a third-party signal source is used to design a receiver to monitor the UAV.It is of great significance to understand the reflection of the signal illuminating the UAV.Taking the communication base station(BS)signal as the third-party signal source,and considering the complete transmission link,reflection changes and loss fading of the communication signal,this study conducts model fitting for irregular UAV targets,simplifying complex targets into a combination of simple targets.Furthermore,the influence of the dielectric constant of the target surface and the signal irradiation angle on the signal reflection is analyzed.The analysis shows that the simulation results of this model fitting method are consistent with the results of other literature,which provides theoretical support for the detection of low and slow small targets such as UAVs.

Modeling and Robust Backstepping Sliding Mode Control with Adaptive RBFNN for a Novel Coaxial Eight-rotor UAV

This paper focuses on the robust attitude control of a novel coaxial eight-rotor unmanned aerial vehicles (UAV) which has higher drive capability as well as greater robustness against disturbances than quad-rotor UAV. The dynamical and kinematical model for the coaxial eight-rotor UAV is developed, which has never been proposed before. A robust backstepping sliding mode controller (BSMC) with adaptive radial basis function neural network (RBFNN) is proposed to control the attitude of the eightrotor UAV in the presence of model uncertainties and external disturbances. The combinative method of backstepping control and sliding mode control has improved robustness and simplified design procedure benefiting from the advantages of both controllers. The adaptive RBFNN as the uncertainty observer can effectively estimate the lumped uncertainties without the knowledge of their bounds for the eight-rotor UAV. Additionally, the adaptive learning algorithm, which can learn the parameters of RBFNN online and compensate the approximation error, is derived using Lyapunov stability theorem. And then the uniformly ultimate stability of the eight-rotor system is proved. Finally, simulation results demonstrate the validity of the proposed robust control method adopted in the novel coaxial eight-rotor UAV in the case of model uncertainties and external disturbances. © 2014 Chinese Association of Automation.

农田环境四旋翼UAV信息采集系统的设计与试验

低空无人机将成为实时、快速监测农情参数变化的重要平台。简述了精准农业体系中基于四旋翼无人机农田信息采集系统的功能模型,设计了以STC89C52单片机为核心的低功耗无线温湿度测量系统,并对比nRF24L01芯片和nRF24L01芯片增加功率放大器和低噪声放大器后该系统的无线通信距离和误帧率。在农田环境中进行了四旋翼低空无人机载温湿度测量试验,试验结果表明:本系统能够进行超低空农田信息采集和无线传输,传输速率为2 Mb/s时通信距离可达500 m,温湿度测量误差分别低于3.0%和0.5%,基本能够满足农田环境中的超低空信息采集和无线传输需求。

基于UAV/VISSIM的城市交通控制评价与优化

针对当前我国城市交通控制对静动态道路交通信息一体化采集存在的难点,设计运用低空多旋翼无人机(multi-rotor UAV)加载高清摄像机及其相应的视频分析系统采集交通控制区域内交通控制评价与优化所需数据,在此基础上利用VISSIM软件进行城市交通控制效果的评价与配时方案优化,并以深圳市沙河西路一西丽湖路交叉口为例进行验证。结果表明,基于UAV/VISSIM的城市交通控制评价与优化方案具有可行性,优化后该路口的服务水平由目前的E级提升至C级,有效提高城市交通控制评价和整体工作效率。

倾转四旋翼UAV过渡状态下旋翼/机身气动干扰数值分析

通过数值模拟的方法对十字构型倾转四旋翼UAV在倾转过渡状态下前旋翼/机身/后旋翼间的气动干扰进行了计算与分析。分别建立了孤立前旋翼、前后旋翼、前旋翼-机身、前后旋翼-机身组合时的计算模型。在不同旋翼倾转角下,研究了以上组合模型对前旋翼、后旋翼以及机身的气动力和力矩的影响并分析了相互间的气动干扰情况,得出了前旋翼是整机气动干扰影响的主导因素,揭示了旋翼/机身间气动干扰形成的原因,为该构型旋翼布置与控制系统的设计提供参考。

Technical Analysis of VTOL UAV

Overall, this paper explains the related information about VTOL and trend of this technology worldwide. Also, it comes up with the distinction among VTOL and helicopter and fixed wing aircraft. This paper concentrates on domestic and international drones that utilize VTOL technology. Also, this paper gives the explanation about VTOL’s performance and object. Furthermore, this paper predicts the future of VTOL and which area this technology going to be used.

D-UAV旋翼结构动力学数值计算研究

为了得到旋翼升力与旋翼直径、桨叶角以及主轴转速之间的关系,以指导折叠翼无人飞行机器人的结构设计,采用正交试验法设计试验工况,在Fluent流体计算软件中进行数值计算,对计算结果加以分析;采用奇异值分解的最小二乘拟合算法处理试验数据,得出旋翼升力与旋翼系统参数之间的拟合公式;将拟合公式计算出的变形量理论值与对应试验值进行比较,结果表明:在试验涉及的桨叶角α∈[8.3°,14.3°]、主轴转速n∈[2 000 r/m in,4 000 r/m in]、旋翼直径d∈[480 m m,640m m]的范围内,检测误差不超过1.5%。

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。

旋翼飞行机械臂固定时间滑模控制

针对旋翼飞行机械臂轨迹跟踪控制中的不确定性和扰动问题,提出了一种基于固定时间滑模观测器的滑模控制算法。首先,在广义坐标系下建立了旋翼飞行机械臂运动学与动力学模型,并设计出固定时间观测器对模型参数不确定性与外部扰动进行估计,通过在滑模中引入分段函数和饱和函数抑制固定时间观测器的抖振,加快其收敛速度。随后,将旋翼飞行机械臂划分为位置、姿态以及机械臂3个子系统,基于固定时间理论,分别对3个子系统设计了新型固定时间滑模控制器,并设计自适应趋近律以抑制滑模控制器的抖振。与传统滑模控制器相比,该控制器具有更快的收敛速度与更好的跟踪性能。利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。最后通过仿真实验验证了所提算法的有效性,该算法对旋翼飞行机械臂轨迹跟踪控制具有较好效果。

桁架式四旋翼无人机异形机架优化设计

随着多旋翼无人机的广泛应用,其外形的个性化需求越来越受到关注。以杆单元建立了桁架式机架的初始模型,在模型上预设不同的孔或空腔结构,再以杆单元最大许用应力为约束,进行以轻量化为目标的拓扑优化,获得了不同外形的四旋翼无人机机架。结果表明:保持电机和载荷位置不变,机架整体结构都为“X”形;改变孔的形式和位置,能够获得具有不同外形、质量和柔度的机架;预设通孔、沉孔和空腔后的模型优化结果分别呈现平行悬臂、邻接强化悬臂和邻接弱化悬臂的结构。优化结果可为多旋翼无人机机架的异形设计、个性化设计提供参考。

无人机17kW电机振动噪声分析与巡航转速下尖端噪声优化

随着无人机的迅速发展,噪声问题影响消费者体验及AI交互、语音识别等技术,限制了无人机应用潜力。该文针对一台17 kW无人机用外转子永磁同步电机进行研究。为降低电机尖端振动噪声,且保留原电机电磁性能,重点提出优化磁极和定子开槽的方法。具体以平均转矩、转矩脉动等作为约束条件,构建多目标优化数学模型,并利用混合粒子群优化算法求解。该文深入探讨磁极参数、定子开槽对低阶次径向气隙磁通密度空间谐波特征的影响。并对电机转子模态仿真,以研究径向电磁力与空间模态的作用机理。在多转速情况下,以巡航转速为重点,分析整体电机电磁振动噪声特征。最后,仿真和实验结果表明,电机在巡航转速下的尖端噪声显著减小。验证了优化结构对无人机电机尖端振动噪声有明显抑制作用,对解决无人机噪声问题具有重要意义。

复合扰动模型的无人机自动配平装置结构设计

无人机平台加装作业设备的作动及飞行环境的干扰均会造成无人机重心的偏移,影响作业精度。提出一种复合扰动模型的自动配平装置稳定无人机姿态的方法,考虑气流扰动、无人机载荷变化等因素,进行了无人机俯仰角、滚转角、偏航角多目标的自动配平装置结构优化设计并对无人机稳定性展开试验验证。结果表明,与多旋翼无人机加装配平装置前相比,无人机俯仰角、滚转角、偏航角超调量分别减小11.6%、48.5%、34.5%,对应的姿态稳定时间分别缩短0.06s、0.07s、0.06s,无人机三轴方向的控制稳定度分别提高54.4%、69.5%、60.8%,解决了气流扰动及无人机载荷变化复合作用影响无人机飞行姿态波动的问题,确保了飞行的稳定性。这里提出方法可为复杂工况条件下展开作业的多旋翼无人机结构优化设计提供参考。

基于模糊PID的大型双旋翼无人机

相较于四旋翼无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV),大型双旋翼无人机具有价格低廉、续航长以及效率高等优点,但存在耦合严重、抗干扰能力差等问题。为解决上述问题,文中提出了一种采用变论域模糊PID(Proportional Integration Differentiation)双旋翼控制算法。将无人机系统分解为位置控制和姿态控制两部分,在姿态控制上采用模糊PID实时调节PID参数,从而提高无人机的稳定性。根据无人机的运动方式提出一种新型无人机结构,搭建了双旋翼的动力学模型,并在Simulink上搭建了仿真模型进行验证。结果表明,相较于普通PID控制算法,所提算法将控制的超调量减少了50%,说明该算法在大型双旋翼无人机上具有更好的稳定性,在受到干扰的情况下可更快恢复。

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。

基于两级卡尔曼滤波器的三旋翼无人机执行器异常行为诊断

针对三旋翼无人机执行器异常行为,设计了基于两级卡尔曼滤波器的异常行为诊断算法。对三旋翼无人机执行器异常时的动力学特性进行分析,并在悬停状态下进行近似,得到系统状态空间方程。基于卡尔曼滤波器设计异常行为估计子滤波器,得到无人机执行器异常行为的最优估计。引入耦合方程将最优估计代入状态估计子滤波器,得到状态误差最优估计,并将系统状态和异常行为进行隔离,实现执行器异常行为诊断。最后通过数值仿真进行了验证,结果表明所提算法能够较好地对执行器异常行为进行诊断。

基于四旋翼无人机的协同跟踪系统

为解决单架无人机由于续航等条件制约导致任务效率低下的问题,对多无人机协同方面进行研究。搭建一套基于四旋翼无人机的飞行综合验证平台,完成硬件系统的搭建和软件系统的设计,并通过实验来验证平台的稳定性和可靠性。结果表明:该平台操作简便、成本低廉、扩展性好,具有较好的工程价值。

基于效能和时间的多旋翼破障无人机能力分析

为探究多旋翼无人机的破障能力,基于无人机破障作战环境和作战任务要求,建立了多旋翼无人机效能评估指标体系,结合相关性和权重分析,分层建立了整机效能评估模型以及分项能力评估模型。最后以5种不同型号的无人机为例,计算了不同比例障碍目标时无人机的单点破障效能,同时结合完成任务时间分析,给出了不同多旋翼无人机能力分析结果和建议。

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。

多旋翼植保无人飞机施药研究进展及展望

多旋翼植保无人飞机有良好的地形适应性及超低空喷雾能力,是高效植保装备的重要发展方向之一,但飞行作业条件下风场、雾滴、作物耦合机理尚不明晰,成为制约沉积分布品质提高的瓶颈。为剖析植保无人飞机施药作业各要素关联研究不足、沉积机理不够清晰等问题。以雾滴的发生、沉降、沉积及飘移全过程为主线,基于学者们的研究论述了喷嘴雾化药液、风场-雾滴交互作用以及风场-雾滴-冠层耦合作用的研究现状,分别从喷嘴雾化对施药效果的影响、旋翼植保无人飞机悬停和飞行条件下的风场分布规律、飞行施药条件下雾滴在冠层内沉积飘移分布规律几个方面展开分析。基于以上论述,梳理了国内外航空施药技术的应用背景、研究进展、经验模型。指出了当前多旋翼植保无人飞机施药过程中一些亟需解决的问题,针对喷嘴选型(液力式喷嘴、离心式喷嘴等)及工作参数(压力、转速、角度、流量等)、无人机飞行参数(飞行速度、旋翼转速等)、农药特性(密度、黏度、表面张力等)及药液雾滴群的初始参数(粒径分布、初始速度)等各因素之间的匹配对应关系尚不明晰的问题,提出了重点建立多旋翼植保无人飞机施药作业喷嘴选型决策专家系统的建议;针对飞行组合风场(旋翼下洗气流、迎风气流、自然横风),农药药液雾滴(雾化后的物性参数),作物冠层(作物典型生长周期的茎、枝、叶)、田间环境(温、湿度),作业参数(飞行速度、高度)等因素的耦合作用,提出基于施药沉积效果进行科学假设,建立组合风场-药液雾滴-作物冠层的三相耦合模型的建议。最后,对未来多旋翼植保无人飞机施药技术的发展进行了展望。

倾转三旋翼无人机控制设计与飞行实验

针对倾转三旋翼无人机的飞行控制问题,本文围绕控制分配算法、控制权重设计和模态转换策略3个方面开展研究.首先,分析飞行控制原理,构建模态转换飞行控制框架;其次,为提高控制分配鲁棒性,设计串级解耦控制分配算法并提出两种控制分配参数修正方法;为实现稳定的模态转换飞行,引入可达力矩集设计控制权重,并提出基于时间和倾转角度的模态转换策略;最后,分别开展旋翼模态与模态转换飞行试验,验证了控制方法的有效性.试验结果表明:引入参数修正的串级解耦控制分配算法可有效提高控制分配鲁棒性,并改善姿态控制性能,基于设计的控制权重与模态转换策略可确保模态转换飞行的安全性、稳定性.