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UAV无动力螺线下滑纵向自适应非线性制导律设计

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西北工业大学学报 2015年第2期33卷 309-314页

作者：黄得刚章卫国邵山王志刚张秀林杨立本西北工业大学自动化学院陕西西安710072 沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035

针对无人机失去推力后如何跟踪一条螺线下滑路径的纵向制导问题,提出了一种纵向自适应非线性制导方法。该方法首先利用几何关系推导出纵向制导律;其次将其转化为一个二阶黏性阻尼振荡系统,并由此证明了制导律的稳定性;然后为改善制导系... 详细信息

针对无人机失去推力后如何跟踪一条螺线下滑路径的纵向制导问题,提出了一种纵向自适应非线性制导方法。该方法首先利用几何关系推导出纵向制导律;其次将其转化为一个二阶黏性阻尼振荡系统,并由此证明了制导律的稳定性;然后为改善制导系统的收敛时间以及抗干扰能力,设计了一种制导律的自适应方案;最后将所提出的方法用于无人机失去推力后螺线下降的纵向路径跟踪过程。仿真结果表明,与非自适应制导方法相比,无论有或无常值风扰动,所提出的方法均可提高系统的跟踪精度。

关键词：无动力自适应非线性制导 UAV 螺线下降粘性阻尼振荡

无人机无动力滑行横向自适应非线性制导律设计

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控制理论与应用 2014年第11期31卷 1486-1491页

作者：黄得刚章卫国张秀林西北工业大学自动化学院陕西西安710129 沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035

当无人机失去推力后,可将其视为滑翔机.在这种情况下,长周期模态起主导作用,这使得无人机调整飞行速度达到稳定状态的时间变长,从而导致横纵向制导之间相互存在较为明显的影响.更重要的是无动力情况下,无人机对风扰动变得更加敏感.针对... 详细信息

当无人机失去推力后,可将其视为滑翔机.在这种情况下,长周期模态起主导作用,这使得无人机调整飞行速度达到稳定状态的时间变长,从而导致横纵向制导之间相互存在较为明显的影响.更重要的是无动力情况下,无人机对风扰动变得更加敏感.针对这一特殊状态,如何使无人机跟踪某条给定的下降螺旋线,本文提出了一种横向自适应非线性制导方法.该方法首先利用几何关系推导出横向制导律;其次将其转化为一个二阶粘性阻尼振荡系统,而该系统的特性与其自然频率有关;然后为改善制导系统的收敛时间以及抗干扰能力,设计了一种制导律的自适应方案;最后将所提出的方法用于无人机失去推力后螺线下降的横向路径跟踪过程.仿真结果表明,与非自适应制导方法相比,无论有或无常值风扰动,所提出的方法均可提高系统的跟踪精度.

关键词：无动力自适应非线性制导粘滞阻尼震荡 Hebb学习法则

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基于非线性制导的四旋翼轨迹跟踪控制

计算机测量与控制 2020年第11期28卷 101-105页

作者：陈运剑刘畅马武举帅超中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443003

四旋翼是一种欠驱动、强耦合的可垂直起降的飞行器,为了实现其能够以设定速度跟踪空间轨迹,设计了一种基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制方法;该方法分为了导引与控制两部分组成,导引部分以任务轨迹与期望速度为输入量通过非线性制导算... 详细信息

四旋翼是一种欠驱动、强耦合的可垂直起降的飞行器,为了实现其能够以设定速度跟踪空间轨迹,设计了一种基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制方法;该方法分为了导引与控制两部分组成,导引部分以任务轨迹与期望速度为输入量通过非线性制导算法输出当前四旋翼的期望加速度,控制部分以得到的期望加速度为输入量采用串级PID算法对四旋翼进行姿态控制,从而实现四旋翼保持设定速度对任务轨迹的跟踪;仿真结果表明,所提方法能够实现四旋翼对复杂任务轨迹的精确跟踪,二维复杂轨迹跟踪距离偏差不超过±0.6 m,速度偏差不超过2 m/s;三维复杂轨迹除了受自身控制力限制的飞行段外,跟踪距离偏差基本控制在±4 m以内,速度偏差不超过2 m/s。

关键词：四旋翼非线性制导轨迹跟踪姿态控制

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空中无人加油自主对接导航制导与控制

航空学报 2023年第20期44卷 18-34,F0002页

作者：杜昕朱喆胡芳芳黄江涛刘刚章胜单恩光唐骥罡中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000

空中自主加油技术能大大提高无人机的航程航时,在军用和民用上都有着十分重要的意义。受编队气动干扰、模型不确定性、头波效应、阵风干扰等因素影响,空中无人加油的对接段是所有阶段中精度要求最高和控制难度最大的一个阶段,其导航制... 详细信息

空中自主加油技术能大大提高无人机的航程航时,在军用和民用上都有着十分重要的意义。受编队气动干扰、模型不确定性、头波效应、阵风干扰等因素影响,空中无人加油的对接段是所有阶段中精度要求最高和控制难度最大的一个阶段,其导航制导与控制技术是目前研究的难点和热点。本文针对无人-无人空中自主加油场景,深入研究了软管式空中加油自主对接段的鲁棒抗扰导航制导与控制技术并进行了飞行试验验证。首先,为实现受油机加速对接时高度控制不出现振荡,采用总和能量法设计纵向制导律以实现对接末段高度和速度的协调控制;其次,为提高风干扰下的对接控制精度,分别针对加油机和受油机在不同飞行阶段的轨迹跟踪特点采用L1非线性制导思想设计了横向制导律,并采用鲁棒伺服方法设计内环姿态控制律,将积分环节引入角速率控制回路提升系统型别以更好抑制外界扰动对系统的影响;然后,基于单阶段深度学习目标检测算法YOLOV4开发了锥套识别与定位算法,在强光、云雾等复杂条件下进行采样和训练以大大提升视觉系统的鲁棒性,并采用扩展卡尔曼滤波算法将图像定位信息与RTK定位信息进行融合用于相对导航;最后,设计了无人机空中加油自主对接模拟飞行试验方案,在最大程度提高对接成功率的基础上降低安全风险,并通过飞行试验验证了本文提出的鲁棒抗扰导航制导与控制方案的有效性。

关键词：自主空中加油非线性制导鲁棒伺服控制视觉导航飞行试验

空中无人加油自主对接导航制导与控制技术研究

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航空学报 2023年

作者：杜昕朱喆胡芳芳黄江涛章胜单恩光唐骥罡中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所

空中自主加油技术能大大提高无人机的航程航时，在军用和民用上都有着十分重要的意义。受编队气动干扰、模型不确定性、头波效应、阵风干扰等因素影响，空中无人加油的对接段是所有阶段中精度要求最高和控制难度最大的一个阶段，其导航... 详细信息

空中自主加油技术能大大提高无人机的航程航时，在军用和民用上都有着十分重要的意义。受编队气动干扰、模型不确定性、头波效应、阵风干扰等因素影响，空中无人加油的对接段是所有阶段中精度要求最高和控制难度最大的一个阶段，其导航制导与控制技术是目前研究的难点和热点。本文针对无人-无人空中自主加油场景，深入研究了软管式空中加油自主对接段的鲁棒抗扰导航制导与控制技术并进行了飞行试验验证。首先，为实现受油机加速对接时高度控制不出现振荡，采用总和能量法设计纵向制导律以实现对接末段高度和速度的协调控制；其次，为提高风干扰下的对接控制精度，分别针对加油机和受油机在不同飞行阶段的轨迹跟踪特点采用L1非线性制导思想设计了横向制导律，并采用鲁棒伺服方法设计内环姿态控制律，将积分环节引入角速率控制回路提升系统型别以更好抑制外界扰动对系统的影响；然后，基于单阶段深度学习目标检测算法YOLOV4开发了锥套识别与定位算法，在强光、云雾等复杂条件下进行采样和训练以大大提升视觉系统的鲁棒性，并采用扩展卡尔曼滤波算法将图像定位信息与RTK定位信息进行融合用于相对导航；最后，设计了无人机空中加油自主对接模拟飞行试验方案，在最大程度提高对接成功率的基础上降低安全风险，并通过飞行试验验证了本文提出的鲁棒抗扰导航制导与控制方案的有效性。

关键词：自主空中加油非线性制导鲁棒伺服控制视觉导航飞行试验

无动力无人机进场阶段三维Dubins路径跟踪方法

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同方期刊数据库

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系统工程与电子技术 2016年第3期38卷 629-637页

作者：黄得刚章卫国杨立本西北工业大学自动化学院陕西西安710129 哈尔滨建成集团有限公司黑龙江哈尔滨150030

针对无人机进场阶段失去推力后,如何使其跟踪一条给定进场路径这一特殊情况,提出了一种3维Dubins路径跟踪方法,该方法首先利用Dubins曲线解决无人机故障位置任意性及其路径求解实时性高的路径规划问题;然后为了跟踪所生成的3维Dubins路... 详细信息

针对无人机进场阶段失去推力后,如何使其跟踪一条给定进场路径这一特殊情况,提出了一种3维Dubins路径跟踪方法,该方法首先利用Dubins曲线解决无人机故障位置任意性及其路径求解实时性高的路径规划问题;然后为了跟踪所生成的3维Dubins路径,设计了一种基于切换平面的自适应非线性制导方法,其中切换平面用来解决圆弧制导与直线制导之间的过渡问题,而自适应规则降低横纵向制导律之间的相互影响,从而提高了系统的跟踪精度。最后通过仿真实验验证了该方法的有效性。

关键词：无动力 Dubins路径自适应非线性制导切换平面无人机

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仿猎鹰扑翼飞行器自主飞行控制系统设计

中国科学：信息科学 2022年第9期52卷 1656-1671页

作者：孙永斌马宝忠贺威何修宇付强北京科技大学人工智能研究院北京100083 北京科技大学自动化学院北京100083

仿生扑翼飞行器作为一种新型的飞行器,具有噪声小、隐蔽性好、机动性强、能量利用效率高等优势,在民用和军用领域具有广阔的应用前景.仿生扑翼飞行器的自主飞行能力是高效执行飞行任务的关键.目前,国内外飞行器的自主飞行研究已经取得... 详细信息

仿生扑翼飞行器作为一种新型的飞行器,具有噪声小、隐蔽性好、机动性强、能量利用效率高等优势,在民用和军用领域具有广阔的应用前景.仿生扑翼飞行器的自主飞行能力是高效执行飞行任务的关键.目前,国内外飞行器的自主飞行研究已经取得了一些成果,然而鲜有以仿生扑翼飞行器为载体的研究.仿生扑翼飞行器特有的驱动结构给自主飞行控制研究带来了较大的挑战.本文以仿猎鹰扑翼飞行器作为研究平台设计了自主飞行控制系统.由于仿猎鹰扑翼飞行器的负载较小,本文采用了重量较轻的STM32微型计算平台作为主控芯片设计了硬件系统.由于微型计算平台的算力有限,本文综合考虑制导精度和运算速度,提出了一种线性/非线性切换制导算法,并通过仿真实验与线性制导、非线性制导算法进行了对比,证明了其更加适合于仿猎鹰扑翼飞行器.考虑到仿猎鹰扑翼飞行器的机构滞后问题,对其滚转角和高度设计了一个串级PID控制器.结合面向仿猎鹰扑翼飞行器的地面站软件,最终实现了基于仿猎鹰扑翼飞行器的自主定高圆弧轨迹跟踪任务.

关键词：仿生扑翼飞行器自主飞行线性制导非线性制导轨迹跟踪

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无人机航迹跟踪抗侧风制导算法

航空工程进展 2015年第4期6卷 427-432页

作者：冒云慧陈清阳侯中喜郭正国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

无人机作为航空飞行器的一种,具有诸多应用价值,精确的航迹跟踪是其完成飞行任务的必要条件。在无人机飞行控制系统的制导外回路,实现一种具有抗风性能的横向非线性制导算法(NLG),基于航迹参考点实时测算无人机侧向加速度,并根据无人机... 详细信息

无人机作为航空飞行器的一种,具有诸多应用价值,精确的航迹跟踪是其完成飞行任务的必要条件。在无人机飞行控制系统的制导外回路,实现一种具有抗风性能的横向非线性制导算法(NLG),基于航迹参考点实时测算无人机侧向加速度,并根据无人机力学方程得到滚转角指令,实现无人机的航迹跟踪。该制导算法只需确定合适的距离参数L,即可实现较为精确地制导,加入反馈环节以得到改进的闭环非线性制导算法。在侧风条件下进行仿真分析,结果表明:改进后的非线性制导算法是正确的,其具有良好的抗风性能。

关键词：无人机航迹跟踪非线性制导反馈算法抗风性能

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四旋翼航迹跟踪控制与仿真

控制工程 2022年第7期29卷 1249-1254页

作者：陈运剑帅超刘剑刚中国船舶集团有限公司第七一〇研究所湖北宜昌443003

四旋翼是一种运用广泛的飞行器,轨迹跟踪控制是四旋翼的研究热点。为了实现四旋翼对轨迹的精确跟踪,基于非线性制导算法进行轨迹跟踪控制。建立了四旋翼运动学模型,并介绍了基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制。建立了非线性制导算法的... 详细信息

四旋翼是一种运用广泛的飞行器,轨迹跟踪控制是四旋翼的研究热点。为了实现四旋翼对轨迹的精确跟踪,基于非线性制导算法进行轨迹跟踪控制。建立了四旋翼运动学模型,并介绍了基于非线性制导算法的轨迹跟踪控制。建立了非线性制导算法的带宽与速度和导引长度的关系,通过计算四旋翼姿态控制器带宽与期望航迹带宽,并根据香农采样定律求解出了非线性制导算法导引长度的取值限制范围。仿真结果表明,采用在取值限制范围内的导引长度,能够稳定快速地收敛到期望航迹,拐弯处航迹误差小于1.5 m,此时,四旋翼有最优的航迹跟踪效果。

关键词：四旋翼轨迹跟踪非线性制导导引长度带宽