小型无人倾转旋翼机全模式飞行操纵控制 被引量：10

1

作者 郭剑东 宋彦国 夏品奇 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期439-444,共6页

研究了倾转旋翼机的飞行数学方程,建立了小型无人倾转旋翼机在直升机、倾转及飞机飞行模式的飞行力学仿真模型,计算得出配平工作点处各通道的操纵量和飞行器的飞行姿态,通过各飞行模式的仿真结果确定了该飞行器的全模式飞行策略,飞行试... 研究了倾转旋翼机的飞行数学方程,建立了小型无人倾转旋翼机在直升机、倾转及飞机飞行模式的飞行力学仿真模型,计算得出配平工作点处各通道的操纵量和飞行器的飞行姿态,通过各飞行模式的仿真结果确定了该飞行器的全模式飞行策略,飞行试验表明仿真结果符合倾转旋翼机的飞行特性。最后利用特征结构配置算法对小型倾转旋翼机进行解耦控制,并得到良好的解耦效果。 展开更多

关键词 倾转旋翼机 配平 解耦控制

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倾转旋翼机模型缝合鲁棒控制律设计 被引量：5

2

作者 郭剑东 宋彦国 夏品奇 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期393-398,共6页

从研究倾转旋翼机的飞行动力学模型入手,通过引入模型缝合的思想,利用非线性的方法实现由有限固定线性模型拟合任意工作点处的模型响应,提高了倾转旋翼机飞行动力学计算的实时性,并得到多模型控制的模型集;其次基于规范互质分解理论、H... 从研究倾转旋翼机的飞行动力学模型入手,通过引入模型缝合的思想,利用非线性的方法实现由有限固定线性模型拟合任意工作点处的模型响应,提高了倾转旋翼机飞行动力学计算的实时性,并得到多模型控制的模型集;其次基于规范互质分解理论、H∞回路成形设计技术对多输入多输出系统进行通道解耦控制研究,针对不同飞行工况的工作点分别设计H∞回路成形控制器。最后,采用加权求和的控制策略实现控制律的平滑切换,通过仿真验证了设计的多模型控制系统具有良好的控制能力。 展开更多

关键词 模型缝合 多模型控制 回路成形 鲁棒性

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小型无人倾转旋翼机气动与操纵特性试验研究 被引量：12

3

作者 郭剑东 宋彦国 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2015年第1期107-112,共6页

由于倾转旋翼机飞行模式多,各部件气动干扰复杂且操纵面冗余,特别是倾转过渡模式,短舱带动旋翼系统倾转,结构布局发生改变,从理论上确定气动与操纵特性难度大。为了研究倾转旋翼机的气动与操纵特性,对某小型无人倾转旋翼机展开全尺寸、... 由于倾转旋翼机飞行模式多,各部件气动干扰复杂且操纵面冗余,特别是倾转过渡模式,短舱带动旋翼系统倾转,结构布局发生改变,从理论上确定气动与操纵特性难度大。为了研究倾转旋翼机的气动与操纵特性,对某小型无人倾转旋翼机展开全尺寸、全模式吹风试验,其中不带动力试验主要用于研究倾转旋翼机在不同迎角、短舱倾角、前飞速度等飞行状态下的气动特性;带动力试验主要用于研究倾转旋翼机不同飞行模式带机翼与不带机翼时,旋翼/机翼/襟副翼相互干扰作用,以及总距、副翼、升降舵的操纵功效。根据试验数据推导出小型无人倾转旋翼机全包线飞行的操纵特性方法,对进一步完善倾转旋翼机设计以及试飞试验的成功提供了参考。 展开更多

关键词 倾转旋翼机 气动干扰 操纵特性 风洞试验 短舱

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一种小型无人倾转旋翼机全包线飞行的参数估计方法(英文) 被引量：2

4

作者 郭剑东 夏品奇 宋彦国 《中国惯性技术学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第2期192-198,共7页

小型无人倾转旋翼机的核心是飞行控制系统与捷联惯性导航系统(SINS)。针对小型无人倾转旋翼机的不同飞行模式设计了一套线性、计算效率高的捷联导航算法,为控制系统提供真实可靠的反馈参数。在直升机悬停与小速度飞行模式,利用加速度计... 小型无人倾转旋翼机的核心是飞行控制系统与捷联惯性导航系统(SINS)。针对小型无人倾转旋翼机的不同飞行模式设计了一套线性、计算效率高的捷联导航算法,为控制系统提供真实可靠的反馈参数。在直升机悬停与小速度飞行模式,利用加速度计与磁强计的输出计算测量姿态角并根据角度与角速率的关系设计低阶线性姿态估计算法,递推解算出MEMS陀螺的漂移特性,并实时补偿测量的角速率。在倾转与飞机飞行模式飞行器具有持续加速与高速的飞行特性,利用磁强计解算当前航向并引入GPS的速度与位置参数,设计了基于误差的线性Kalman滤波器,提高持续加速飞行状态的姿态估计精度。数值仿真表明在全包线飞行过程中设计的捷联导航算法具有良好的测量精度,并利用小型无人倾转旋翼机的飞行试验,验证了算法的估计性能与可靠性。 展开更多

关键词 小型无人倾转旋翼机 捷联惯性导航算法 KALMAN滤波器 飞行参数估计

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无人直升机发动机模糊自抗扰控制 被引量：1

5

作者 郭剑东 钱圳泉 +1 位作者 刘振广 梁辰雨 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第6期74-78,95,共6页

针对中型无人直升机活塞发动机的恒定转速控制难题,设计一种带前馈补偿的模糊自抗扰控制(ADRC)方法。通过引入旋翼负载特性对发动机进行数学建模,将总距操纵、前飞速度作为已知扰动进行前馈补偿,设计模糊PID控制器适应活塞发动机复杂做... 针对中型无人直升机活塞发动机的恒定转速控制难题,设计一种带前馈补偿的模糊自抗扰控制(ADRC)方法。通过引入旋翼负载特性对发动机进行数学建模,将总距操纵、前飞速度作为已知扰动进行前馈补偿,设计模糊PID控制器适应活塞发动机复杂做功过程的非线性特性,将旋翼气动力变化以及风扰作为未知扰动,设计扩张状态观测器(ESO)对扰动进行在线估计与反馈补偿。通过数值仿真验证了控制方法可以有效地提高发动机转速控制的抗干扰能力与控制精度。并进行了发动机地面开车和飞行试验,结果表明,在飞行试验过程中,无人直升机的旋翼转速控制误差小于5.0 r/min,动态跟踪性能得到显著提升。 展开更多

关键词 无人直升机 发动机转速控制 模糊PID ADRC控制

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四旋翼无人机反演-动态逆控制器设计与仿真 被引量：4

6

作者 杨永琳 李志宇 郭剑东 《电子设计工程》 2018年第12期15-19,25,共6页

本文针对反演法在姿态环建模中将角速率与角加速度的关系简化为纯积分关系不符合实际情况的问题,对控制四旋翼无人机的反演法进行了控制律改进与优化,设计了一种反演-动态逆方法的四旋翼无人机控制器。首先针对四旋翼无人机的欠驱动和... 本文针对反演法在姿态环建模中将角速率与角加速度的关系简化为纯积分关系不符合实际情况的问题,对控制四旋翼无人机的反演法进行了控制律改进与优化,设计了一种反演-动态逆方法的四旋翼无人机控制器。首先针对四旋翼无人机的欠驱动和非线性特点,采用牛顿-欧拉法在混合坐标系下根据动力学方程建立四旋翼无人机模型;然后鉴于该控制系统中各变量间存在强耦合的问题,根据线速度与线加速度为纯积分关系设计了基于反演法的位置控制器、角速率与角加速度并不是纯积分关系设计动态逆姿态控制器。将这两种控制器有机地结合并实现四旋翼无人机的轨迹跟踪效果,最后借助仿真工具进行了试验验证。数值仿真结果表明:设计的飞行控制器能够快速有效地使被控对象跟踪预定轨迹。 展开更多

关键词 四旋翼无人机 反演法 动态逆 MATLAB仿真 轨迹跟踪

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无人机自适应平滑切换姿态融合算法研究 被引量：1

7

作者 桑标 郭剑东 刘春生 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2021年第10期11-15,共5页

针对GPS信号丢失导致组合导航算法精度降低甚至发散的难题,开展一种高效的自适应平滑切换融合算法研究。在GPS信号正常情况下,采用基于GPS量测的高阶组合导航算法估计姿态信息;在GPS信号丢失时,停止高阶滤波算法并切换为基于四元数的低... 针对GPS信号丢失导致组合导航算法精度降低甚至发散的难题,开展一种高效的自适应平滑切换融合算法研究。在GPS信号正常情况下,采用基于GPS量测的高阶组合导航算法估计姿态信息;在GPS信号丢失时,停止高阶滤波算法并切换为基于四元数的低阶姿态估计算法;当GPS信号恢复后,将低阶姿态估计算法的估计值作为高阶滤波算法初值,实现姿态估计算法的平滑切换。仿真结果和试飞试验表明,该切换策略具有较好的估计精度和可实现性,且切换过程中姿态角跳变小于0.5°,收敛时间小于0.1 s,有效地提高了有、无GPS信号情况下无人机的姿态估计精度。 展开更多

关键词 无人机 姿态估计 扩展Kalman滤波 平滑切换 四元数

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四旋翼飞行器自适应PIDNN控制研究 被引量：1

8

作者 尚明杰 浦黄忠 郭剑东 《电光与控制》 北大核心 2017年第8期20-23,37,共5页

针对传统四旋翼PID控制器参数整定困难和控制效果较难达到最优的问题,综合了传统PID控制器工程意义明确、参数整定简单以及神经网络的非线性映射和自学习的优点,构造了四旋翼飞行器神经网络PID(PIDNN)控制器。利用神经网络的非线性映射... 针对传统四旋翼PID控制器参数整定困难和控制效果较难达到最优的问题,综合了传统PID控制器工程意义明确、参数整定简单以及神经网络的非线性映射和自学习的优点,构造了四旋翼飞行器神经网络PID(PIDNN)控制器。利用神经网络的非线性映射特点和自学习能力优化了传统PID控制器的控制效果,借助PID控制器的结构,解决了神经网络层数、节点数和连接权重初值选取困难的问题。同时利用自适应调整比例神经元加权系数,增加了系统的响应速度。最后,通过非线性全数值仿真验证了算法的合理性和有效性。 展开更多

关键词 四旋翼 控制器 神经网络 PIDNN 自适应

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基于模糊自抗扰的直升机障碍滑雪机动控制 被引量：1

9

作者 刘基 郭剑东 梁辰雨 《兵工自动化》 2022年第8期67-73,共7页

为了提高直升机在机动飞行过程中的解耦性和未知扰动抑制能力,采用基于模糊与自抗扰的复合式控制结构,设计直升机障碍滑雪机动控制器。分析ADS-33E-PRF要求的直升机障碍滑雪机动过程中状态量的关系和控制逻辑,在角速度环设计扩张状态观... 为了提高直升机在机动飞行过程中的解耦性和未知扰动抑制能力,采用基于模糊与自抗扰的复合式控制结构,设计直升机障碍滑雪机动控制器。分析ADS-33E-PRF要求的直升机障碍滑雪机动过程中状态量的关系和控制逻辑,在角速度环设计扩张状态观测器对未知扰动进行观测并加以补偿,在姿态环根据误差及其变化速率引入模糊规则对控制律参数进行在线优化。针对无风扰和有风扰的飞行环境,开展障碍滑雪机动算法设计与仿真验证。结果表明:在2种飞行环境下,直升机飞行轨迹上下边界均控制在15.24~30.48m以内,达到标准中定义的满意品质指标,验证了所采用的控制策略能够有效地估计出机动飞行过程的外部扰动,提高控制系统的抗干扰能力。 展开更多

关键词 直升机 障碍滑雪机动 模糊控制 自抗扰控制

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基于虚拟长机的非线性视线导引律多机编队控制

10

作者 孙哲 沈伟 +2 位作者 李浩 郭剑东 杨忠清 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第10期1-6,共6页

针对多无人机编队控制难题,设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段,虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点,根据队形的几何位置生成实际... 针对多无人机编队控制难题,设计了一种基于虚拟长机与非线性视线导引律相结合的多机编队控制算法。将编队飞行过程分为航路飞行与航路切换两个阶段。在航路飞行阶段,虚拟长机由非线性视线导引律生成参考点,根据队形的几何位置生成实际编队飞机的期望参考点,进而得到每架飞机保持编队队形所需的滚转角指令;在航路切换阶段,虚拟长机采用圆弧飞行,以虚拟长机作为编队飞机的期望参考点生成队形保持的滚转角指令。速度指令由虚拟飞机与编队飞机之间的距离误差得到。以某固定翼飞机的非线性仿真模型为基础,设计典型“V”字队形,通过数值仿真验证了多架飞机在航路飞行与航路切换阶段编队算法的可靠性与控制精度。 展开更多

关键词 无人机 虚拟长机 非线性视线导引律 多机编队

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基于梯度下降法的四旋翼无人机姿态估计系统 被引量：20

11

作者 刘青文 郭剑东 +1 位作者 浦黄忠 甄子洋 《电光与控制》 北大核心 2018年第5期17-21,共5页

为解决四旋翼无人机在飞行时实时姿态测量的问题,提高姿态估计精度,设计了一种基于STM32的梯度下降姿态估计系统。该系统以STM32F427微处理器为主控制器,MPU6000和LSM303D作为姿态传感器,实现了对姿态传感器数据采集以及姿态解算。系统... 为解决四旋翼无人机在飞行时实时姿态测量的问题,提高姿态估计精度,设计了一种基于STM32的梯度下降姿态估计系统。该系统以STM32F427微处理器为主控制器,MPU6000和LSM303D作为姿态传感器,实现了对姿态传感器数据采集以及姿态解算。系统对加速度计、磁罗盘进行预处理,利用梯度下降滤波的方法估计误差四元数,从而修正陀螺仪积分误差,实现了姿态角的精确估计。最后,通过搭建的飞行实验平台,与Pixhawk飞控进行姿态角比较分析,实验结果表明:采用梯度下降法的姿态估计系统能够稳定有效地估计无人机的姿态,满足四旋翼无人机的飞行要求。 展开更多

关键词 四旋翼无人机 姿态估计 STM32 梯度下降法 四元数

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无人倾转旋翼机过渡模式舵面分配及自抗扰控制 被引量：8

12

作者 王东升 郭剑东 浦黄忠 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2019年第4期23-27,共5页

针对倾转旋翼机过渡过程中操纵面冗余、通道耦合严重的问题,对飞行器在过渡模式下的舵面分配策略以及控制通道切换策略进行了研究,并开展基于自抗扰控制的姿态控制器设计。根据飞行控制的特点,将自抗扰控制器的结构进行优化,减少了扩张... 针对倾转旋翼机过渡过程中操纵面冗余、通道耦合严重的问题,对飞行器在过渡模式下的舵面分配策略以及控制通道切换策略进行了研究,并开展基于自抗扰控制的姿态控制器设计。根据飞行控制的特点,将自抗扰控制器的结构进行优化,减少了扩张状态观测器的阶数,采用跟踪微分器的微分输出作为姿态角速率指令,简化了姿态控制器的结构。通过对无人倾转旋翼机全包线的飞行控制仿真,验证了控制系统的有效性、舵面分配策略和通道切换策略的合理性。 展开更多

关键词 倾转旋翼机 过渡过程 自抗扰控制 舵面分配 通道切换

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