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基于DRSN与电压幅值分析的航空HVDC系统逆变器故障诊断

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航空学报 2024年第3期45卷 211-222页

作者：黄湛钧董鑫卢沐宇张瑞涛闫钊阳张安西北工业大学航空学院西安710072

机载270 V高压直流(HVDC)系统的故障诊断一直是航电领域中的一个难点问题,为此提出了基于深度残差收缩网络(DRSN)的故障模块识别算法与基于线电压幅值分析的故障器件定位算法。首先对系统总电流进行采集,并进行差值标准化处理获得特征数... 详细信息

机载270 V高压直流(HVDC)系统的故障诊断一直是航电领域中的一个难点问题,为此提出了基于深度残差收缩网络(DRSN)的故障模块识别算法与基于线电压幅值分析的故障器件定位算法。首先对系统总电流进行采集,并进行差值标准化处理获得特征数据;根据特征数据的特点,利用Flatten层对原有DRSN结构进行改进,来提高算法对故障模块的识别精度。在确定系统逆变模块故障之后,利用两相线电压之比确定出故障相,再利用线电压均值模型确定故障器件。相比于现有方法,所提方法仅使用1个电流传感器和2个电压传感器便实现了系统故障诊断,满足了飞机对重量的限制要求。实验证明:所提出的方法故障模块识别精度,以及故障器件定位精度可达97%以上,具有较好实用性。

关键词： 270 V HVDC系统深度残差收缩网络线电压幅值分析故障诊断故障模块识别

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拓展高原环境的航空炸弹弹道快速解算方法

系统工程与电子技术 2024年第6期46卷 2073-2081页

作者：张百川毕文豪张安李铭浩西北工业大学航空学院陕西西安710072

为快速、精确地求解高原环境下的航空炸弹弹道,在经典弹道模型的基础上,面向高原环境提出一种基于改进Runge-Kutta的航空无控炸弹弹道解算(improved Runge-Kutta based uncontrolled bombs trajectory calculation,IRK-UBTC)方法。首先... 详细信息

为快速、精确地求解高原环境下的航空炸弹弹道,在经典弹道模型的基础上,面向高原环境提出一种基于改进Runge-Kutta的航空无控炸弹弹道解算(improved Runge-Kutta based uncontrolled bombs trajectory calculation,IRK-UBTC)方法。首先,针对炸弹下落过程中时刻变化的环境参数,提出了基于起飞点的空气比重函数估算方法。然后,引入战斗机所处环境的温度、湿度、纬度、科尔奥利力等信息对经典炸弹质心运动微分方程组进行重构。最后,在三阶Runge-Kutta算法的基础上,提出了带误差控制机制的微分方程组实时解算方法。实验结果表明,该方法在1.4 GHz主频的嵌入式计算机中的解算周期小于5 ms,且最大射程误差小于0.2%,能够被有效应用于高原地区航弹弹道的实时解算。

关键词：航空无控炸弹弹道解算外弹道方程数值计算

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无人机集群任务分配技术研究综述

系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 922-934页

作者：毕文豪张梦琦高飞杨咪张安西北工业大学航空学院陕西西安710072 山东交通学院航空学院山东济南250357

任务分配是无人机集群实现高效遂行作战任务的关键技术。随着无人机集群技术的发展和作战样式的转变,无人机集群的作战任务领域不断拓展,任务分配所涵盖的范围不断扩大,任务分配问题的规模和复杂性不断增加,这都对无人机集群任务分配技... 详细信息

任务分配是无人机集群实现高效遂行作战任务的关键技术。随着无人机集群技术的发展和作战样式的转变,无人机集群的作战任务领域不断拓展,任务分配所涵盖的范围不断扩大,任务分配问题的规模和复杂性不断增加,这都对无人机集群任务分配技术提出了新的挑战。本文对无人机集群作战理论、任务分配建模、任务预重分配算法、异构无人系统联合应用下任务分配的研究现状进行了全面的总结,凝练了目前无人机集群任务分配技术面临的通用化建模、面向多任务的任务预分配算法最优解求解、有限时间下面向突发事件的任务重分配算法寻优、路径规划紧耦合下面向大规模异构无人系统的协同任务分配等问题,并针对性地论述了未来无人机集群任务分配技术的若干发展方向,为提升无人机集群任务分配的求解质量和求解速度提供新的研究思路和解决途径,对于全面了解无人机集群任务分配技术具有重要参考意义。

关键词：无人机集群任务预分配任务重分配通用化建模突发事件

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动态拓扑下四旋翼无人机集群蜂拥控制

系统工程与电子技术 2024年

作者：殷雅萱张安毕文豪杨盼黄湛钧西北工业大学航空学院

针对动态拓扑下无严格构型约束的无人机集群协同控制问题，基于四旋翼无人机内外环串级控制思想，提出一种四旋翼无人机集群蜂拥控制策略。引入卡尔曼一致性滤波算法对带有噪声的通信数据进行融合，实现了对变速度领导者状态的精确估计... 详细信息

针对动态拓扑下无严格构型约束的无人机集群协同控制问题，基于四旋翼无人机内外环串级控制思想，提出一种四旋翼无人机集群蜂拥控制策略。引入卡尔曼一致性滤波算法对带有噪声的通信数据进行融合，实现了对变速度领导者状态的精确估计；考虑无人机集群拓扑的动态变化及可扩展性需求，设计了基于卡尔曼一致性滤波的蜂拥控制算法实现无人机集群位置控制，利用李雅普诺夫稳定性定理证明了算法的稳定性；基于大脑情感学习（brain emotional learning，BEL）模型设计了姿态控制器，实现了四旋翼无人机的姿态控制。仿真实验验证了控制算法的有效性。

关键词：无人机集群蜂拥控制动态拓扑卡尔曼一致性滤波大脑情感学习

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基于自抗扰的四旋翼无人机控制方法

电光与控制 2024年第1期31卷 33-39,68页

作者：孙嫚憶张安胡树欣杨盼西北工业大学航空学院西安710000

针对四旋翼无人机在飞行过程中存在的外部干扰和模型不确定性的问题,采用自抗扰控制(ADRC)方法实现姿态控制。同时对ADRC进行改进:针对扩张状态观测器(ESO)中误差增益过大、容易引起误差反复切换产生抖振的情况,构造nfal函数来代替fal函... 详细信息

针对四旋翼无人机在飞行过程中存在的外部干扰和模型不确定性的问题,采用自抗扰控制(ADRC)方法实现姿态控制。同时对ADRC进行改进:针对扩张状态观测器(ESO)中误差增益过大、容易引起误差反复切换产生抖振的情况,构造nfal函数来代替fal函数,实现抗扰能力和抖振之间的平衡;采用遗传算法对ADRC中的参数进行整定,提高了参数整定效率。在仿真系统中,证明改进后的ADRC方法抗扰性能在一定程度上有所提高;在基于Links-RT实时仿真系统的无人机飞控半实物(HIL)实验平台中,验证了该控制方法的有效性。

关键词：四旋翼无人机自抗扰控制姿态控制参数整定 fal函数

拓扑切换下基于SO(3)的四旋翼时变编队跟踪控制

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电光与控制 2024年第2期31卷 12-20页

作者：胡树欣毕文豪李铭浩张安西北工业大学航空学院西安710000

针对有向拓扑切换条件下的多四旋翼无人机时变编队跟踪控制问题,在领航-跟随策略下,利用局部邻居状态信息构造了性能约束下基于特殊正交群SO(3)的一致性控制协议。在该协议中,领航无人机的信息仅能提供给邻居无人机,且邻居无人机集合会... 详细信息

针对有向拓扑切换条件下的多四旋翼无人机时变编队跟踪控制问题,在领航-跟随策略下,利用局部邻居状态信息构造了性能约束下基于特殊正交群SO(3)的一致性控制协议。在该协议中,领航无人机的信息仅能提供给邻居无人机,且邻居无人机集合会发生变化。采用特殊正交群SO(3)空间中的旋转矩阵表征四旋翼的姿态,在此基础上设计姿态控制器,提高了编队控制的收敛速度。仿真实验表明,当有向拓扑切换的驻留时间大于固定阈值且满足时变编队跟踪控制可行性条件时,采用所设计控制律可使集群系统实现时变编队队形控制,验证了所提算法的有效性。

关键词：四旋翼无人机拓扑切换编队控制 SO(3)

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基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法

控制与决策 2024年第9期39卷 2995-3005页

作者：马钧文毕文豪张安兰轶冰唐长红西北工业大学航空学院航空工业西安飞行自动控制研究所

针对现有态势评估方法在高动态、强对抗的近距空战环境下存在空战对抗特性指标考虑不充分、常值权重应用不合理的问题,提出一种基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法.首先,根据近距空战对抗特性研究导弹攻击、机动特征和能量状态对... 详细信息

针对现有态势评估方法在高动态、强对抗的近距空战环境下存在空战对抗特性指标考虑不充分、常值权重应用不合理的问题,提出一种基于模糊动态权重的近距空战态势评估方法.首先,根据近距空战对抗特性研究导弹攻击、机动特征和能量状态对空战态势的影响机理,从打击、占位、机动、能量态势和固有能力多角度构建态势评估指标体系并建立相应的指标评估模型;然后,设计基于态势分类的模糊权重动态适配方法,利用区间二型模糊表征权重求解过程中的不确定性,同时结合最优最劣法确定态势指标模糊权重,根据态势典型样式进行权重适配与指标聚合;最后,基于空战对抗飞行数据进行仿真验证与对比分析,仿真结果表明所提出方法能够更加合理、准确地呈现近距空战过程中的态势变化情况.

关键词：近距空战态势评估区间二型模糊最优最劣法动态权重观察-判断-决策-行动

基于SysML的民机系统功能设计方法及应用

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图学学报 2024年第2期45卷 277-283页

作者：闫佳宁张安黄湛钧王逸鸣西北工业大学航空学院陕西西安710072

针对当前民机系统功能设计过程中缺乏形式化描述、模型复用性不强与动态模型建立不足等问题,将基于模型的系统工程(MBSE)理念引入民机系统设计过程中,提出了一套基于系统建模语言(SysML)的民机系统功能设计方法。首先定义用例模型,抽象... 详细信息

针对当前民机系统功能设计过程中缺乏形式化描述、模型复用性不强与动态模型建立不足等问题,将基于模型的系统工程(MBSE)理念引入民机系统设计过程中,提出了一套基于系统建模语言(SysML)的民机系统功能设计方法。首先定义用例模型,抽象出系统的顶层功能愿景,进而开展功能的分解分配与系统静态功能模型的构建;接着建立系统的功能流模型,然后进行功能泳道划分与功能交互序列构建,从多角度分析系统的行为特性,在此过程中结合活动图、泳道图和序列图构建系统的动态功能模型;最后给出系统的结构接口实现,形成一套逻辑性强的完备的功能设计方案。以民机航电系统为例进行功能设计,结合SysML建立航电系统的功能模型,验证了该方法的可行性与有效性,适用于民机系统的功能设计。

关键词：功能模型 SysML 民用飞机 MBSE 行为特性

基于MPC和ESO-DO的四旋翼轨迹跟踪控制

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指挥控制与仿真 2024年第2期46卷 104-114页

作者：孙嫚憶毕文豪张安刁玉豪西北工业大学陕西西安710072

针对扰动作用和模型不确定性下四旋翼无人机精确轨迹跟踪控制问题,提出了一种主动干扰抑制和模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)策略。模型预测控制器通过扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)和扰动观测器(Disturba... 详细信息

针对扰动作用和模型不确定性下四旋翼无人机精确轨迹跟踪控制问题,提出了一种主动干扰抑制和模型预测控制(Model Predictive Control, MPC)策略。模型预测控制器通过扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)和扰动观测器(Disturbance Observer, DO)来估计和补偿干扰,从而实现位置环精确控制。在存在外部干扰和参数不确定性的情况下,通过仿真实验,证明了所提出的方法提高了对建模误差和干扰的鲁棒性,同时实现了对参考轨迹的平滑跟踪。

关键词：四旋翼无人机模型预测控制扩张状态观测器扰动观测器轨迹跟踪