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考虑交接班误差的RLV进场着陆轨迹和安全交接区设计

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航空学报 2014年第11期35卷 3092-3105页

作者：王宏伦苏子康裴云峰北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所北京100191 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191

针对考虑交接班误差的重复使用运载器(RLV)无动力自动进场着陆段轨迹设计问题进行了研究。将整个自动进场着陆过程分成交接段、标称下滑段和标称拉平段3个阶段。在依据标称交接班状态、触地状态逆序完成拉平段、下滑段的标称轨迹设计的... 详细信息

针对考虑交接班误差的重复使用运载器(RLV)无动力自动进场着陆段轨迹设计问题进行了研究。将整个自动进场着陆过程分成交接段、标称下滑段和标称拉平段3个阶段。在依据标称交接班状态、触地状态逆序完成拉平段、下滑段的标称轨迹设计的前提下,针对可能存在的交接班误差,提出一种综合考虑纵、侧向位置和速度交接班误差的交接段在线三维轨迹设计方法,并结合阻力舵调整策略,实现RLV从交接班点向标称轨迹的平滑过渡;然后,在交接段轨迹设计基础上提出了交接高度平面内"安全交接区域(SIA)"的概念及其求解方法。仿真结果表明:所提出的轨迹设计方法及SIA对存在交接班误差的无动力进场着陆轨迹设计问题具有实际的参考意义。

关键词：重复使用运载器飞行器着陆交接班误差安全交接区域着陆轨迹设计轨迹延拓

基于能耗优化的四旋翼无人机航迹规划:分段式高斯伪谱法

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电光与控制 2025年第1期32卷 1-7页

作者：欧阳权徐罗旻杨继阳薛雅丽丛玉华吕建威南京航空航天大学自动化学院南京210000 北京控制与电子技术研究所北京100000

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能... 详细信息

在四旋翼无人机航迹规划中引入能耗优化策略以延长其飞行时间,能够显著提升其实用性和经济性。为此,提出了一种基于分段式高斯伪谱法的能耗最优航迹规划算法。首先,构建了四旋翼无人机运动学-能耗综合模型,能定量描述无人机运动学及能耗间耦合关系;其次,基于此模型,将考虑能耗优化的航迹规划问题转化为带约束的连续时间优化问题;最后,设计了分段式高斯伪谱法求解出优化航迹,其中通过滑动选取优化子区间的方法,在航点数量较多的复杂飞行任务中有效缩短了计算时间,同时提升了轨迹的平滑性和航点跟踪准确性。仿真和实验结果表明,与传统定航点飞行相比,所提算法能大幅降低飞行能耗,与常用优化算法相比,所提算法在保证能耗优化效果的同时,所需计算时间更短,航点跟踪精度更高。

关键词：四旋翼无人机能耗优化航迹规划分段式高斯伪谱法

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面向空中威胁的无人机动态碰撞区建模与分析

北京航空航天大学学报 2015年第7期41卷 1231-1238页

作者：刘畅王宏伦姚鹏雷玉鹏北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所北京100191

针对现有方法一般是基于时间或距离的定值来确定碰撞区域的问题,提出了一种基于入侵机和无人机(UAV)运动信息的无人机动态碰撞区建模方法.首先,根据无人机与入侵机的运动状态、两机之间的最小安全距离等信息,通过几何方法得出无人机不... 详细信息

针对现有方法一般是基于时间或距离的定值来确定碰撞区域的问题,提出了一种基于入侵机和无人机(UAV)运动信息的无人机动态碰撞区建模方法.首先,根据无人机与入侵机的运动状态、两机之间的最小安全距离等信息,通过几何方法得出无人机不采取任何规避机动时两机将发生碰撞区域的解析表达式,即无机动碰撞区数学模型;其次,考虑无人机的机动能力约束,计算了无人机采取最大过载转弯机动(左转或右转)时两机恰好避免碰撞发生的边界,即最大机动碰撞区数学模型;在此基础上,提出了不可规避区的概念;进而定义了安全飞行包络,它是无人机能够规避入侵机威胁的分界线;最后通过理论和仿真结合分析了影响各区域的主要因素.仿真与分析结果表明所建碰撞区不仅可以帮助无人机选择规避机动方式,而且能够帮助无人机判定常规避撞机动是否失败,并使无人机及时采取最大过载转弯机动,对无人机安全避撞决策具有实际参考价值.

关键词：动态碰撞区不可规避区安全飞行包络感知与规避无人机(UAV)

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基于流水避石原理的无人机三维航路规划方法

航空学报 2013年第7期34卷 1670-1681页

作者：梁宵王宏伦李大伟吕文涛北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所北京100191

借鉴自然界流水避石现象,提出一种基于流体计算的无人机(UAV)三维(3D)航路规划方法。首先介绍了球心位于坐标原点时,球形障碍三维绕流问题的解析解。之后采用旋转平移矩阵与流线数据叠加方法生成了任意位置多障碍同时存在的三维流线。... 详细信息

借鉴自然界流水避石现象,提出一种基于流体计算的无人机(UAV)三维(3D)航路规划方法。首先介绍了球心位于坐标原点时,球形障碍三维绕流问题的解析解。之后采用旋转平移矩阵与流线数据叠加方法生成了任意位置多障碍同时存在的三维流线。为验证解析解的有效性同时给出该方法基于数值模拟的计算过程,对适合无人机三维航路规划的流体模型和数值求解方法进行了分析,并给出了通过数值模拟求解航路的方法。最后,根据无人机机动约束对流线进行处理得到可飞航路,将航路长度、纵向和横侧向机动次数作为子目标函数对航路进行综合评价。仿真结果表明:解析法航路规划中,圆球障碍的地形建模简单计算量小,航路集中在由起点至终点的航路带间;数值法航路规划适合障碍分布复杂的地形,航路分布于规划空间中。这两种方法的航路平滑,能够满足无人机飞行约束,航路具有绕流意义的最优性,可以避免势场法的局部极小问题,并且可以提供多条备选航路。

关键词：无人机三维航路规划流体力学无人机约束综合评价

基于改进sigmoid函数的非线性跟踪微分器

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控制理论与应用 2014年第8期31卷 1116-1122页

作者：邵星灵王宏伦北京航空航天大学无人驾驶飞行器设计研究所北京100191 北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191

本文受神经网络中常用的sigmoid激励函数特性的启发,提出了一种形式简单、调参相对容易的非线性跟踪微分器(STD).首先,在sigmoid函数的基础上引入指数和幅度因子,利用改进后的sigmoid函数构造加速度函数,接着,借助Lyapunov直接法证明了... 详细信息

本文受神经网络中常用的sigmoid激励函数特性的启发,提出了一种形式简单、调参相对容易的非线性跟踪微分器(STD).首先,在sigmoid函数的基础上引入指数和幅度因子,利用改进后的sigmoid函数构造加速度函数,接着,借助Lyapunov直接法证明了所设计的跟踪微分器的非摄动形式具有全局渐近稳定性,随后利用系统等价性给出了跟踪微分器的具体形式并通过扫频测试分析了其频域特性;最后,与线性微分器(LD)、全程快速跟踪微分器(HSTD)以及改进的跟踪微分器(ITD)、反正切形式的跟踪微分器(ATD)分别进行对比仿真分析.结果表明,基于sigmoid函数设计的跟踪微分器可以兼顾响应的快速性以及平稳性、全程无抖振,对信号的广义导数具有良好的逼近能力和滤波效果.

关键词：改进的sigmoid函数加速度函数跟踪微分器扫频测试

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基于模型的故障诊断专家系统测点优选策略

东南大学学报（自然科学版） 2013年第A1期43卷 98-101页

作者：潘宇雄李清东任章北京航空航天大学飞行器控制技术一体化技术国防科技重点实验室北京100191

为了解决模型系统的测点有限时所产生的极小诊断的组合爆炸问题,提出了增加系统测点,获取观测信息,从而减少极小诊断的智能方法.首先,采用带有终止节点的集合枚举树形式化地表达计算过程,逐步生成所有的极小碰集(即极小诊断).然后,通过... 详细信息

为了解决模型系统的测点有限时所产生的极小诊断的组合爆炸问题,提出了增加系统测点,获取观测信息,从而减少极小诊断的智能方法.首先,采用带有终止节点的集合枚举树形式化地表达计算过程,逐步生成所有的极小碰集(即极小诊断).然后,通过故障诊断综合信息量和相关性矩阵的引入,并逐步分解矩阵,找出测点优选策略.最后,利用新增观测信息和极小诊断去除规则,可以自主实现极小诊断的逐步减少,直至唯一的极小诊断的产生,即实现故障定位.实验结果表明,该专家系统程序容易编制,且效率较好,可以满足复杂被诊断对象的快速性和准确性的要求.

关键词：基于模型的故障诊断极小诊断测点优选专家系统

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可垂直起降、高速前飞的飞行器设计与控制

控制理论与应用 2010年第9期27卷 1171-1177页

作者：樊鹏辉王新华蔡开元北京航空航天大学控制一体化技术重点实验室北京100191

本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计... 详细信息

本文设计了一种具有垂直起降、悬停和高速前飞能力的飞行器.这种飞行器通过模态转换,既能够实现类似传统四轴飞行器的垂直起降,又能够实现类似固定翼飞行器的高速前飞.同时本文针对这种飞行器设计了模态转换控制律;仿真试验验证了设计方案和控制律的有效性.

关键词：垂直起降高速前飞模态转换四轴飞行器固定翼

基于GPS/INS不同测量特性的自适应卡尔曼滤波算法

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中国惯性技术学报 2010年第6期18卷 696-701页

作者：张海常艳红车欢北京航空航天大学控制一体化技术国家级重点实验室北京100191

在GPS/INS组合导航系统中,针对现有自适应滤波算法对GPS测量噪声估计准确性、可靠性不高的问题,提出了一种基于GPS、INS不同测量特性的自适应卡尔曼滤波算法。该算法基于GPS和INS不同的测量性质,利用惯导系统的短期高精度性,获得对GPS... 详细信息

在GPS/INS组合导航系统中,针对现有自适应滤波算法对GPS测量噪声估计准确性、可靠性不高的问题,提出了一种基于GPS、INS不同测量特性的自适应卡尔曼滤波算法。该算法基于GPS和INS不同的测量性质,利用惯导系统的短期高精度性,获得对GPS测量噪声统计特性自适应估计。仿真结果表明,该算法能够在GPS测量噪声统计特性未知或发生变化的情况下,适时地跟踪GPS测量噪声,准确估计滤波系统的观测噪声协方差阵R,其滤波精度和鲁棒性明显优于改进的sage-husa自适应算法,特别是在采用低精度INS情况下,能够有效克服改进的sage-husa自适应算法滤波发散的现象。

关键词：惯性导航系统全球定位系统组合导航系统自适应卡尔曼滤波

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高超声速飞行器抗饱和鲁棒自适应切换控制

北京航空航天大学学报 2013年第11期39卷 1470-1474页

作者：王青吴振东董朝阳白斌北京航空航天大学飞行器控制一体化技术重点实验室北京100191 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100191

针对高超声速飞行器执行机构饱和的控制器设计问题,提出一种多回路抗饱和鲁棒自适应切换控制方法.首先针对高超声速飞行器的运动模态在频率上表现出显著的分离特性,将状态变量分开不同的回路设计;然后对受执行机构饱和影响明显的状态设... 详细信息

针对高超声速飞行器执行机构饱和的控制器设计问题,提出一种多回路抗饱和鲁棒自适应切换控制方法.首先针对高超声速飞行器的运动模态在频率上表现出显著的分离特性,将状态变量分开不同的回路设计;然后对受执行机构饱和影响明显的状态设计参考切换系统,从而降低模型和控制器参数设计的复杂性,将一系列可能导致执行机构饱和的事件视作切换信号,选定参考切换模型及鲁棒自适应控制器,保证控制输入不达到饱和状态,并通过多李亚普诺夫函数方法和线性矩阵不等式分析了控制器的稳定性.仿真结果表明了控制方案的有效性,在存在执行机构失效故障和干扰的情况下,系统状态可良好的跟踪参考状态且控制输入小于执行机构限幅.

关键词：高超声速飞行器切换系统鲁棒自适应稳定性分析