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滚转机动受限的无人机复杂航路跟随制导方法

战术导弹技术 2023年第5期 104-113页

作者：薛宝山李春涛苏子康戴飞南京航空航天大学自动化学院南京211106 中国人民解放军94804部队上海200434

无人机在未来作战中的作用逐渐多样化,航路跟随能力将成为发挥无人机作战效能的关键支撑技术。针对固定翼无人机跟随复杂航路的需求,提出一种基于非线性模型预测控制的航路跟随制导方法。该方法通过引入沿预定复杂航路变速运动的参考点,... 详细信息

无人机在未来作战中的作用逐渐多样化,航路跟随能力将成为发挥无人机作战效能的关键支撑技术。针对固定翼无人机跟随复杂航路的需求,提出一种基于非线性模型预测控制的航路跟随制导方法。该方法通过引入沿预定复杂航路变速运动的参考点,在Serret-Frenet坐标下建立航路跟随的位置和航迹方位角误差模型,结合无人机滚转能力以及动参考点速度约束等,构建了航路跟随的非线性优化问题,采用基于精英保留策略的混沌粒子群算法,求解得到了跟随复杂航路的制导指令。仿真结果表明,该方法可实现使复杂航路稳态跟随精度达到米级,并具有较强的抗风扰能力。

关键词：非线性模型预测控制航路跟随固定翼无人机滚转能力 Serret-Frenet坐标动参考点粒子群算法

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多无人直升机协作搬运控制技术研究

无人系统技术 2022年第2期5卷 33-42页

作者：苏子康陈嘉邢卓琳南京航空航天大学自动化学院南京211106 山西大学自动化与软件学院太原030013

随着多无人机协同控制技术的迅猛发展,多无人机悬挂运输飞行成为国内外研究的热点。针对多无人直升机协作悬挂搬运的绳索摆动问题和轨迹控制问题,设计了基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。首先,建立了多无人直升机协作悬... 详细信息

随着多无人机协同控制技术的迅猛发展,多无人机悬挂运输飞行成为国内外研究的热点。针对多无人直升机协作悬挂搬运的绳索摆动问题和轨迹控制问题,设计了基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。首先,建立了多无人直升机协作悬挂搬运系统的非线性动力学模型。然后,把对无人直升机动力学特性和稳定性能影响较大且无法测量的各绳索拉力作为扰动,构建最小学习参数神经网络估计器进行估计,并在控制设计中予以补偿。然后,提出一种基于最小学习参数神经网络的动态面轨迹控制方法。同时,分析了轨迹控制系统的闭环稳定性。最后,进行数值仿真的验证。结果表明,协作无人直升机能在0.5 s后迅速跟踪各自轨迹指令,并使跟踪轨迹的平均相对误差小于0.2%,从而实现精准协作搬运。本文提出的多无人直升机轨迹控制方法为进一步研究多无人机协同轨迹控制提供参考依据。

关键词：多无人机协作搬运刚体吊挂神经网络轨迹控制干扰估计动态面控制

高超声速无人机末端能量管理段无动力返回制导方案

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战术导弹技术 2021年第5期 71-81页

作者：王震李春涛王双双苏子康戴飞南京航空航天大学自动化学院南京211106 中国人民解放军94804部队上海200040

针对某高超声速无人机在到达末端能量管理段窗口时,位置、能量、航向角变化范围大等问题,提出了一种基于多轨迹调度的制导方法,使其以期望状态进入自动着陆窗口。基于质点三自由度模型,建立了该飞行器的动压和高度的动力学模型,设计了... 详细信息

针对某高超声速无人机在到达末端能量管理段窗口时,位置、能量、航向角变化范围大等问题,提出了一种基于多轨迹调度的制导方法,使其以期望状态进入自动着陆窗口。基于质点三自由度模型,建立了该飞行器的动压和高度的动力学模型,设计了最陡、最浅和标称下滑动压剖面,推演出能量走廊和标称下滑高度剖面。提出了航向校准圆柱半径、位置、进场方式等优化机制,设计多条地面轨迹和大动压制导、标称制导、小动压制导三种制导策略。最后根据初始能量选择制导策略,根据根据初始位置与航向角选择地面轨迹,实现无人机以期望状态进入自动着陆窗口。

关键词：末端能量管理能量走廊动压剖面能量耗散轨迹制导

基于主动抗扰反步法的三维超低空空投飞行控制

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无人系统技术 2020年第2期3卷 14-21页

作者：苏子康程遵堃王宏伦南京航空航天大学自动化学院南京211106 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

针对风扰、地面效应和空投瞬时动态摄动等复杂扰动下的运输机超低空空投鲁棒飞行控制问题,提出了一种基于有限时间收敛非线性干扰观测器的主动抗扰反步方法的三维飞行控制设计。首先,建立考虑风扰、地效和投放摄动等干扰影响的运输机超... 详细信息

针对风扰、地面效应和空投瞬时动态摄动等复杂扰动下的运输机超低空空投鲁棒飞行控制问题,提出了一种基于有限时间收敛非线性干扰观测器的主动抗扰反步方法的三维飞行控制设计。首先,建立考虑风扰、地效和投放摄动等干扰影响的运输机超低空投放过程6自由度动态模型,并对其完成仿射非线性化处理;其次,基于反步控制思想,将飞行控制器分为多个轨迹串级子系统和地速子系统;然后,将各子动态系统中与输入无关的项视为集总扰动,分别设计有限时间收敛非线性干扰观测器,实现对集总扰动的准确估计;最后,结合已估计的集总扰动信号,基于反步法提出一种三维主动抗干扰飞行控制方法。仿真结果表明,提出的三维超低空空投控制方法具有较高的控制精度和较出色的抗干扰能力。

关键词：空投飞行控制轨迹跟踪反步法非线性干扰观测器有限时间

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基于增量动态逆的无人机着舰控制方法

兵工自动化 2023年第4期42卷 85-92页

作者：韩笑李春涛苏子康戴飞南京航空航天大学自动化学院南京211106 中国人民解放军94804部队上海200434

针对舰载无人机着舰过程中的甲板运动、舰尾流等问题,提出一种基于舰机相对运动的舰载无人机增量动态逆着舰控制方法。在舰机相对运动和相应几何关系的基础上,推导出甲板运动情况下的相对下滑角与绝对下滑角之间的数学关系,从而实现对... 详细信息

针对舰载无人机着舰过程中的甲板运动、舰尾流等问题,提出一种基于舰机相对运动的舰载无人机增量动态逆着舰控制方法。在舰机相对运动和相应几何关系的基础上,推导出甲板运动情况下的相对下滑角与绝对下滑角之间的数学关系,从而实现对理想着舰轨迹线的精确跟踪;设计增量动态逆控制律,在充分利用测量信息的基础上摆脱对模型精度的过度依赖,在保证跟踪精度的同时能够有效降低计算负荷。仿真结果表明:该方法能够精确跟踪理想着舰轨迹,有效降低甲板运动对着舰精度的影响,同时设计的增量动态逆控制器具有较强的鲁棒性。

关键词：舰载无人机着舰相对运动增量动态逆舰尾流

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基于线性自抗扰的四旋翼姿态控制研究

机械制造与自动化 2022年第3期51卷 168-172页

作者：周辉李秀娟张济森苏子康南京航空航天大学自动化学院江苏南京210016

鉴于四旋翼强非线性耦合、易受扰动等特点,采用牛顿-欧拉法建立了风扰下的四旋翼非线性数学模型。针对风扰下四旋翼模型中存在的风扰、非线性耦合以及参数不确定性的问题,姿态角采用线性自抗扰控制,并证明其稳定性;在Matlab/Simulink环... 详细信息

鉴于四旋翼强非线性耦合、易受扰动等特点,采用牛顿-欧拉法建立了风扰下的四旋翼非线性数学模型。针对风扰下四旋翼模型中存在的风扰、非线性耦合以及参数不确定性的问题,姿态角采用线性自抗扰控制,并证明其稳定性;在Matlab/Simulink环境下搭建仿真模型并验证。仿真结果表明:所设计的线性自抗扰姿态控制器在外界风扰和参数不确定性下具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。

关键词：四旋翼线性自抗扰控制紊流风扰参数不确定性

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空基回收无人机头部扰流场CFD仿真与分析

航空科学技术 2022年第10期33卷 103-110页

作者：陈嘉李雪兵徐忠楠邢卓琳苏子康南京航空航天大学江苏南京210016

针对空基回收过程中无人机头部扰流近距对浮标产生显著干扰、影响对接安全和效率的问题,本文运用计算流体力学(CFD)软件对无人机头部扰流特性及影响进行仿真与分析。首先,借助SolidWorks软件对无人机和浮标进行三维建模;其次,运用CFD软... 详细信息

针对空基回收过程中无人机头部扰流近距对浮标产生显著干扰、影响对接安全和效率的问题,本文运用计算流体力学(CFD)软件对无人机头部扰流特性及影响进行仿真与分析。首先,借助SolidWorks软件对无人机和浮标进行三维建模;其次,运用CFD软件围绕无人机头部和浮标模型建立外流场计算域并对其进行网格划分及迭代计算;再次,模拟仿真多组浮标与无人机间典型相对位置情况下的机头-浮标附近速度场、压力场和拖曳浮标所受扰动力数据;最后,基于上述试验数据,对比分析了无人机头部流场内气流速度及对浮标扰动力变化规律。本文探讨内容可为进一步提高缆绳拖曳浮标稳定与空中对接控制精度提供参考依据。

关键词：空基回收空中对接头部扰流无人机计算流体力学

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High-precision stress determination in photoelasticity

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2022年第4期43卷 557-570页

作者： zikang XU Yongsheng HAN Hongliang SHAO Zhilong su Ge HE Dongsheng ZHANG Shanghai Institute of Applied Mathematics and Mechanics Shanghai Key Laboratory of Mechanics in Energy EngineeringSchool of Mechanics and Engineering ScienceShanghai UniversityShanghai 200444China Shandong Water Conservancy Vocational College Rizhao 276826Shandong ProvinceChina Shanghai Institute of Space Craft Equipment Shanghai 200240China

Stress separation is usually achieved by solving differential equations of equilibrium after parameter determination from isochromatics and *** numerical error resulting from the stress determination is a main concern as it is always a function of parameters in *** improve the accuracy of stress calculation,a novel meshless barycentric rational interpolation collocation method(BRICM)is *** derivatives of the shear stress on the calculation path are determined by using the differential matrix which converts the differential form of the equations of equilibrium into a series of algebraic *** advantage of the proposed method is that the auxiliary lines,grids,and error accumulation which are commonly used in traditional shear difference methods(SDMs)are not *** and experimental results indicate that the proposed meshless method is able to provide high computational accuracy in the full-field stress determination.

关键词： photoelasticity stress determination barycentric rational interpolation collocation method differential matrix

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时空散布下无人机集群空中加油集结路径规划

无人系统技术 2024年第5期7卷 13-23页

作者：李晨玉邢卓琳苏子康荆献勇王宏伦南京航空航天大学自动化学院南京211106 空军航空大学航空作战勤务学院长春130022 北京航空航天大学自动化科学与电气工程学院北京100191

随着无人机集群作战成为现代军事行动的关键,实现多无人机协同空中加油已成为亟待解决的问题。针对时空散布环境下的空中加油集结,提出了一种融合一致性控制与改进扰动流体算法的多集群加、受油机集结路径规划方法。首先,基于多无人机... 详细信息

随着无人机集群作战成为现代军事行动的关键,实现多无人机协同空中加油已成为亟待解决的问题。针对时空散布环境下的空中加油集结,提出了一种融合一致性控制与改进扰动流体算法的多集群加、受油机集结路径规划方法。首先,基于多无人机集群的动态约束和空中加油需求,构建了路径规划数学模型。其次,提出了一种融合一致性控制与改进扰动流体算法的加、受油机航路规划方法,以解决多机空中加油集结过程中的碰撞规避与编队飞行问题。然后,采用速度-时间调整策略,确保无人机集群能够在加油区域实现同步集结。最后,通过仿真验证,所提算法成功实现了4个机场起飞的1个加油机集群和1个受油机集群的空中加油集结任务,有效验证了算法的安全性和高效性,为无人机集群空中加油航路规划提供了新的解决方案,也为未来大规模集群协同作战中的集结路径规划提供了有益参考。

关键词：集群加油空中加油路径规划多无人机改进扰动流体算法障碍规避协同策略