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适应升、推力调节的倾转旋翼机过渡自动控制

航空动力学报 2024年

作者：余新赵燕勤陈仁良余腾忠周攀南昌航空大学民航学院南京航空航天大学航空学院直升机旋翼动力学全国重点实验室浙江正康实业股份有限公司中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室

本文提出一种考虑飞行器升、推力匹配特性的过渡自动控制方法，并从驾驶员操纵负荷角度评价过渡自动控制的有效性。首先，通过稳态计算，分析了倾转走廊内旋翼和机翼升力匹配特性，并规划得到期望倾转路径，以及相应阶段的短舱速率分布... 详细信息

本文提出一种考虑飞行器升、推力匹配特性的过渡自动控制方法，并从驾驶员操纵负荷角度评价过渡自动控制的有效性。首先，通过稳态计算，分析了倾转走廊内旋翼和机翼升力匹配特性，并规划得到期望倾转路径，以及相应阶段的短舱速率分布。然后，在基础增稳控制回路上，引入总距和迎角调节分别实现旋翼升、推力和机翼升力对期望路径的匹配。在总距和迎角控制结构中，分别引入静态的路径参数前馈和指令调度以适应飞行器过渡过程升、推力特性，并结合分治高度反馈来消除静态规划与动态倾转之间的误差。最后，引入驾驶员模型并通过小波分析量化驾驶员操纵负荷。相较于由驾驶员控制的机动过程，自动控制能够有效降低驾驶员操纵负荷，总距杆和纵向杆的最大能量幅值分别降低33%和27%，并且两者频率成分降低到0.8rad/s以下，驾驶员操纵改善到等级1的飞行品质等级。此外，自动控制有效消除动态倾转误差，表现在对期望路径的跟踪误差小，高度变化小。

关键词：倾转旋翼机驾驶员操纵负荷过渡机动倾转路径控制策略飞行控制律

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基于数据驱动的无人机集群故障检测与诊断

北京航空航天大学学报 2024年第5期50卷 1586-1592页

作者：李润泽姜斌余自权陆宁云南京航空航天大学自动化学院南京211100

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模... 详细信息

无人机集群系统对安全性和稳定性要求极高,实时的故障检测与诊断技术是保证安全可靠运行的有力手段。提出一种基于统计模型和改进宽度学习(BLS)模型的故障诊断方法。所提方法通过多元数据统计分析表征无人机集群系统在正常与不同故障模式下的行为特征,采用改进的BLS模型实现准确、快速的故障诊断。在此基础上,开发无人机集群系统的高逼真可视化仿真验证平台对所提方法的合理性与有效性进行验证。实验结果表明,所提方法与目前主流方法相比具有明显的诊断优势。

关键词：无人机集群故障诊断统计模型宽度学习仿真验证

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无人机四绳吊挂运输系统动力学与控制

振动工程学报 2024年第10期37卷 1747-1757页

作者：莫兰王延凯魏铭宏陈提南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016

针对四旋翼吊挂运输系统,本文引入了四绳吊挂运输方式,开展了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学建模、轨迹规划与控制研究。根据四旋翼和负载的相对位姿推导了绳索张力,建立了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学模型。为平衡运输时间与负载... 详细信息

针对四旋翼吊挂运输系统,本文引入了四绳吊挂运输方式,开展了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学建模、轨迹规划与控制研究。根据四旋翼和负载的相对位姿推导了绳索张力,建立了四旋翼四绳吊挂运输系统的动力学模型。为平衡运输时间与负载摆动抑制,引入时间和负载摆幅作为复合性能指标,利用伪谱法将原本的最优控制问题转换为非线性规划问题,求解了四旋翼四绳吊挂运输系统的最优位置轨迹,设计了轨迹跟踪算法,并通过数值仿真和实验验证了这一轨迹的合理性。

关键词：无人机吊挂运输非线性规划摆动抑制伪谱法

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基于机器视觉的纱线非接触张力控制方法与试验验证

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南京航空航天大学学报 2024年第2期56卷 334-340页

作者：李昊昊单忠德孙启利孙正王尧尧郭子桐黄浩刘越南京航空航天大学机电学院南京210016 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 南京长江工业技术研究院南京211500

为避免传统接触式测量方法导致检测设备与纱线直接接触带来的摩擦损耗,提出了纱线张力非接触式测量方法,设计了基于机器视觉的纱线张力非接触测量系统。使用双目相机检测纱线末端的消耗速度,调控纱线另一端的主动式携纱器的收放速度,使... 详细信息

为避免传统接触式测量方法导致检测设备与纱线直接接触带来的摩擦损耗,提出了纱线张力非接触式测量方法,设计了基于机器视觉的纱线张力非接触测量系统。使用双目相机检测纱线末端的消耗速度,调控纱线另一端的主动式携纱器的收放速度,使纱线平稳运行,维持纱线张力稳定。研究表明,所设计基于机器视觉的纱线张力非接触式测量系统较常规接触式张力控制方法,控制纱线张力变化幅度降低到25%左右,具有较高的精度和可靠性,能实现三维编织纱线张力的主动控制,具有较强的应用潜力。

关键词：三维织造非接触式检测机器视觉张力控制复合材料

基于油电混动六旋翼无人机的模糊PID飞行控制策略研究

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重庆交通大学学报（自然科学版） 2024年第8期43卷 124-132页

作者：陈伟涂钏刘建宏闫志伟任毅居婷重庆交通大学航空学院重庆400074 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210000 绿色航空能源动力重庆市重点实验室重庆401130

针对油电混动六旋翼无人机飞行因燃油消耗而产生变载荷,进而导致飞行姿态响应迟钝的现象,设计出结合能量管理的模糊PID(proportion integration differentiation,PID)飞行控制策略。首先,以最大需求功率为2.0 kW、质量为18 kg的油电混... 详细信息

针对油电混动六旋翼无人机飞行因燃油消耗而产生变载荷,进而导致飞行姿态响应迟钝的现象,设计出结合能量管理的模糊PID(proportion integration differentiation,PID)飞行控制策略。首先,以最大需求功率为2.0 kW、质量为18 kg的油电混动六旋翼无人机为研究对象,建立MATLAB/Simulink模型;其次,利用模糊算法对变载荷的质量和转动惯量进行模糊化-隶属度函数-规则库-反模糊化处理,实时调整PID值,解决姿态响应迟钝的问题;最后,设计阶梯和巡航工况,观测无人机的姿态响应情况。结果表明:燃油消耗会在姿态变动时,对位置偏移产生不利影响;与普通PID相比,提出的飞行控制策略会实时修正不同载荷下的PID参数,当飞行状况改变时,位置峰值偏移量为6 m,稳定性能良好;同时,在偏移修正方面,模糊PID可在20 s内对偏移量进行修正,并且能持续保持现有姿态,表明模糊PID飞行控制策略具有优异的跟随性能。

关键词：航空工程油电混动系统无人机变载荷飞行控制模糊逻辑

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观测不确定性下的变分贝叶斯高效模型修正

航空学报 2024年

作者：陶言和郭勤涛周瑾马嘉倩李效法中国商飞上海飞机设计研究院南京航空航天大学机电学院直升机动力学全国重点实验室(南京)

考虑试验观测数据不确定性，针对以随机响应为目标的复杂仿真模型不确定性修正问题，提出一种以自回归模型提取信号特征，马氏距离构造近似似然函数，并由变分贝叶斯-蒙特卡洛进行参数后验识别的模型修正方法。首先，对经过平稳性检验... 详细信息

考虑试验观测数据不确定性，针对以随机响应为目标的复杂仿真模型不确定性修正问题，提出一种以自回归模型提取信号特征，马氏距离构造近似似然函数，并由变分贝叶斯-蒙特卡洛进行参数后验识别的模型修正方法。首先，对经过平稳性检验的随机信号进行自回归分析，得到模型特征向量实现信息降维；而后，考虑试验观测数据混合不确定性并用概率盒法表征，以数值模拟数据与试验观测数据的特征向量之间的马氏距离构造近似对数似然；最后，基于变分贝叶斯-蒙特卡洛方法求解边际似然，经过很少的迭代次数即可收敛，最终识别出参数的后验分布。在螺栓连接结构仿真案例和某民用飞机机翼模型工程案例中，修正后的模型具有很高精度，且在一定的观测不确定性水平下依然具有良好的修正效果，验证了所提方法对工程结构不确定性模型修正问题的有效性。

关键词：模型修正不确定性量化变分贝叶斯自回归模型马氏距离

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航空第二动力系统技术综述

航空动力学报 2024年第8期39卷 327-343页

作者：周洲刘闯朱学忠朱姝姝南京航空航天大学自动化学院南京211106

第二动力系统(SPS)是承担关键任务的复杂机载系统。以美军装备为例分别介绍了典型的机械传动SPS、气压传动SPS和电气传动SPS并对三者的优缺点进行了总结,回顾了美军与国防承包商的SPS研发历程并分析了它们的技术特点,总结了先进SPS的四... 详细信息

第二动力系统(SPS)是承担关键任务的复杂机载系统。以美军装备为例分别介绍了典型的机械传动SPS、气压传动SPS和电气传动SPS并对三者的优缺点进行了总结,回顾了美军与国防承包商的SPS研发历程并分析了它们的技术特点,总结了先进SPS的四项关键技术,简要介绍了SPS的应用拓展并对SPS的发展趋势进行了展望。指出了未来先进SPS的四大主要技术特点:多电化架构、高功能集成度、能量综合、优化利用能力以及与主发动机的协同增效。

关键词：第二动力系统辅助动力装置多电技术起动/发电技术热管理技术

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倾转四旋翼飞行器操纵策略分析

航空学报 2024年

作者：周攀陈仁良杨柠檬聂博文李国强中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

倾转四旋翼飞行器由四副可以倾转的旋翼/机翼组成，各旋翼/机翼之间存在复杂的气动干扰，还面临严重的操纵冗余问题。为优化倾转四旋翼飞行器的操纵策略，发展了全飞行模式的旋翼/旋翼和旋翼/机翼气动干扰模型，进一步建立了高阶非线性... 详细信息

倾转四旋翼飞行器由四副可以倾转的旋翼/机翼组成，各旋翼/机翼之间存在复杂的气动干扰，还面临严重的操纵冗余问题。为优化倾转四旋翼飞行器的操纵策略，发展了全飞行模式的旋翼/旋翼和旋翼/机翼气动干扰模型，进一步建立了高阶非线性的飞行动力学模型。在此基础上，提出了基于操纵量权重系数的倾转四旋翼飞行器复合操纵策略配置方法，开展了各复合操纵量对飞行力学特性影响的敏感性分析，得到了不同飞行模式下的操纵策略。通过对倾转四旋翼飞行器试验样机进行仿真计算，结果表明：纵向周期变距系数在三种飞行模式下都可以降低旋翼需用功率，减小俯仰姿态，应占主导作用；横向周期变距联动系数在直升机模式下需逐步减小以优化航向操纵导数，在倾转过渡和飞机模式下减小至零；左、右旋翼总距差动可以增加飞机模式的航向操纵导数，但会导致横向耦合，应尽可能小；交叉旋翼总距差动系数不仅不能改变航向操纵导数，还导致横向耦合，应尽可能不用；前、后旋翼横向周期变距差动系数能够大幅减小航向操纵导致的横向耦合，在三种飞行模式下都应占主导作用。

关键词：倾转四旋翼飞行器气动干扰飞行动力学模型复合操纵操纵策略

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新型六旋翼及其姿态自抗扰实现

航空工程进展 2024年

作者：李耀强徐锦法南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室

新型六旋翼基于传统四旋翼构型增加左右两个主推力螺旋桨，可以在不改变俯仰角的前提下快速前飞，且快速实现偏航。由于无人机飞行过程外界干扰不确定，给飞行控制系统设计与验证带来极大挑战。基于新型六旋翼设计姿态控制系统，建立新... 详细信息

新型六旋翼基于传统四旋翼构型增加左右两个主推力螺旋桨，可以在不改变俯仰角的前提下快速前飞，且快速实现偏航。由于无人机飞行过程外界干扰不确定，给飞行控制系统设计与验证带来极大挑战。基于新型六旋翼设计姿态控制系统，建立新型六旋翼无人机飞行动力学模型，设计操纵策略；应用自抗扰控制（ADRC）设计姿态控制器，通过姿态控制仿真验证自抗扰控制器的控制效果，使用粒子群优化（PSO）算法对自抗扰控制器部分参数进行优化。结果表明：PSO-ADRC控制效果优于ADRC，姿态ADRC控制器的抗干扰性和鲁棒性更优，可确保六旋翼无人机快速稳定飞行，粒子群算法进一步增强了ADRC控制器的控制效果。

关键词：六旋翼自抗扰控制粒子群优化算法姿态控制抗干扰性鲁棒性