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基于导纳控制的小型固定翼无人机绳钩回收系统设计及优化
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作者 张猛 李艳杰 +1 位作者 张洺溪 李鹏 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7252-7259,共8页
在无人装备领域,异构跨域协同作为一种解决现有瓶颈问题的有效策略,通过整合不同平台的功能冗余性和能力互补性,实现了各要素单元的高效一体化运用,推动了无人系统应用新模态的发展。然而,传统的绳钩回收系统因其高刚度特性,在回收过程... 在无人装备领域,异构跨域协同作为一种解决现有瓶颈问题的有效策略,通过整合不同平台的功能冗余性和能力互补性,实现了各要素单元的高效一体化运用,推动了无人系统应用新模态的发展。然而,传统的绳钩回收系统因其高刚度特性,在回收过程中飞机钩上阻拦索时会产生较大的瞬时冲击力,导致无人机降落姿态不理想,无法保证平稳落到期望位置。此外,该系统缺乏灵活性,在实现高度跟随时响应不如机械臂迅速。为此,引入了导纳方法实现机械臂的柔顺控制,旨在提高无人机回收的平稳性,并防止因关节所受横向力过大导致的结构损坏,确保机械臂结构的稳定性。同时,结合短时傅里叶变换-快速傅里叶变换(short-time Fourier transform-fast Fourier transform,STFT-FFT)预测算法与自抗扰控制方法,优化了横滚补偿过程,实现了更加平滑稳定的补偿响应。通过仿真测试平台的验证,证实了绳钩回收系统的导纳控制策略及补偿响应优化算法的有效性。 展开更多
关键词 固定翼无人机 绳钩回收 导纳控制 自抗扰控制
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基于快速MPC的固定翼无人机空中着陆抗扰控制
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作者 张啸天 廖飞 何德峰 《高技术通讯》 北大核心 2025年第5期535-547,共13页
针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标... 针对固定翼无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)与舰载飞行平台间空中着陆的末段控制问题,提出一种基于快速模型预测控制(model predictive control,MPC)的固定翼无人机空中着陆抗扰控制方法。结合固定翼无人机动力学模型,在气流坐标系下对外界风扰动及着陆过程中抵近乱流扰动进行精确建模。设计拓展状态观测器(extended state observer,ESO),估计空中着陆末段过程的系统状态和特殊集总扰动,实现扰动有效补偿。进一步,根据固定翼无人机纵-横向的解耦动力学模型将固定翼无人机的空中着陆控制问题描述为约束下有限时域最优控制问题即MPC问题,并构建针对近端随机障碍的线性化约束;应用拉格朗日法和滚动时域优化原理,获得MPC问题在约束条件下的近似最优解。数值对比仿真实验验证了所提出的空中着陆扰动补偿解耦控制方法具有较好的抗扰性能及实时性能,能够满足空中自动对接着陆的任务需求。 展开更多
关键词 固定翼无人机 空中着陆控制 模型预测控制 拓展状态观测器 解耦控制
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多固定翼无人机的任务分配和路径规划算法
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作者 郭家赫 高岳林 柳迎春 《太原理工大学学报》 北大核心 2025年第2期348-355,共8页
【目的】多固定翼无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的任务分配和路径规划问题中,将固定翼UAV简单地视为质点,未考虑自身航向角、初始和终止速度向量等问题。针对多固定翼UAV任务规划问题,将改进的蚁群算法(Ant Colony Optimization,... 【目的】多固定翼无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)的任务分配和路径规划问题中,将固定翼UAV简单地视为质点,未考虑自身航向角、初始和终止速度向量等问题。针对多固定翼UAV任务规划问题,将改进的蚁群算法(Ant Colony Optimization,ACO)和自组织映射(Self-Organizing Map,SOM)算法相结合,提出ACO-SOM算法应用于多无人机系统。【方法】通过SOM进行任务分配,引入蚁群状态转移概率方法,调整SOM获胜神经元的权值,使得固定翼UAV按照最优Dubins路线依次到达各个目标点。根据巡航能力和运动学约束合理分配任务,构造多目标优化函数,实现多固定翼UAV的协同执行任务能力。【结果】分别在障碍物、不同起落点场景下对ACO-SOM算法进行仿真验证,实验结果表明,该方法能使多固定翼UAV合理任务分配并规划出最优路径,具有较高的避障和规划能力。 展开更多
关键词 任务分配 路径规划 固定翼无人机 自组织映射 蚁群算法 Dubins曲线
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基于精确凸松弛的固定翼无人机实时轨迹规划
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作者 李雅轩 刘新福 《兵工学报》 北大核心 2025年第3期34-46,共13页
针对固定翼无人机轨迹规划问题,提出一种基于精确凸松弛的实时轨迹规划方法。该方法包含路径规划和速度优化2个步骤。第1步,设计无人机在多障碍环境下的飞行路径。综合考虑无人机动力学和控制约束条件,提出基于Dubins路径的避障路径规... 针对固定翼无人机轨迹规划问题,提出一种基于精确凸松弛的实时轨迹规划方法。该方法包含路径规划和速度优化2个步骤。第1步,设计无人机在多障碍环境下的飞行路径。综合考虑无人机动力学和控制约束条件,提出基于Dubins路径的避障路径规划方法来生成适应固定翼无人机飞行性能限制的避障路径。第2步,计算无人机沿避障路径飞行的速度和控制。提出利用非线性保留和精确凸松弛将强非线性的速度优化问题转化为单个凸优化问题,并理论证明了方法的有效性。因为不需要迭代求解凸优化问题,速度优化算法没有收敛性问题,具有良好的实时性。仿真结果表明:新方法在多障碍环境和未知障碍环境中均能够可靠快速地完成避障轨迹规划,相比于非线性优化和序列凸优化,计算效率明显提升,计算时间仅为数十毫秒。 展开更多
关键词 固定翼无人机 轨迹规划 实时避障算法 Dubins路径 凸优化 精确凸松弛
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融合UKF与NMPC的固定翼无人机空速-姿态控制技术研究
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作者 段呈玉 曹立佳 +2 位作者 李水铃 郭川东 及鹏飞 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第7期265-272,共8页
固定翼无人机系统具有复杂的非线性特性以及执行机构约束,且飞行控制品质极易受传感器测量噪声影响。针对上述问题,设计一种融合非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control, NMPC)与无迹卡尔曼滤波(unscented kalmanfilter... 固定翼无人机系统具有复杂的非线性特性以及执行机构约束,且飞行控制品质极易受传感器测量噪声影响。针对上述问题,设计一种融合非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control, NMPC)与无迹卡尔曼滤波(unscented kalmanfilter, UKF)的新型无人机控制框架。首先针对气流角和机体旋转角速率受传感器测量噪声影响显著问题,采用基于无迹卡尔曼滤波器的状态估计器估计该局部状态。然后基于系统状态估计,采取非线性模型预测控制方法,设计无人机空速-姿态控制器。最后通过仿真试验对控制性能进行验证,并与融合NMPC与扩展卡尔曼滤波器算例进行对比。结果表明:相对于EKF方法,UKF方法得到的攻角、侧滑角、滚转角速率、俯仰角速率、偏航角速率估计误差分别减小了74.49%、.86.86%、43.23%、62.84%、58.49%;将滤波器引入控制系统后,相对于引入EKF,引入UKF后的滚转角、俯仰角和偏航角跟踪误差分别减小了74.47%、9.68%、80.07%。由此说明无迹卡尔曼滤波器相对于扩展卡尔曼滤波器具有更高的精度和稳定性,在强噪声条件下对无人机飞行稳定性的提升更加明显。 展开更多
关键词 固定翼无人机 姿态控制 非线性模型预测控制 无迹卡尔曼滤波 强噪声环境
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输入受限及干扰下固定翼无人机强化学习控制 被引量:2
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作者 孔飞 赵振根 +1 位作者 程磊 梁惠勇 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2024年第2期21-28,共8页
针对干扰下输入受限的固定翼无人机系统,提出一种基于Actor-Critic的强化学习控制器。首先,建立干扰下固定翼无人机纵向模型,设计带有积分项的性能函数来评估无人机的飞行状态和系统性能;然后,采用强化学习的Actor-Critic算法结构,用Ac... 针对干扰下输入受限的固定翼无人机系统,提出一种基于Actor-Critic的强化学习控制器。首先,建立干扰下固定翼无人机纵向模型,设计带有积分项的性能函数来评估无人机的飞行状态和系统性能;然后,采用强化学习的Actor-Critic算法结构,用Actor求解最小化策略性能函数的控制律,用Critic实现非线性性能函数的逼近;最后,加入Disturbance网络给无人机施加干扰以测试无人机的抗干扰性能,并采用动量梯度下降算法改善神经网络的学习速度和稳定性来加强无人机控制器的控制性能。仿真实验表明:与传统控制方法相比,提出的强化学习控制器能够在输入受限的情况下更快、更稳定地实现控制。 展开更多
关键词 固定翼无人机 输入受限 Actor-Critic 强化学习
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孪生场景驱动的固定翼无人机进场自主着陆控制
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作者 马国庆 田秋扬 +1 位作者 朱波 胡天江 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1664-1675,共12页
本文针对固定翼无人机着陆过程中低空风扰难建模等实际问题,提出孪生场景驱动的自主着陆飞行控制优化方案.首先,引入孪生技术,构建高保真场景模拟系统,采集无人机多架次安全着陆飞行数据;进而,挖掘历史安全着陆飞行经验,设计轨迹跟踪学... 本文针对固定翼无人机着陆过程中低空风扰难建模等实际问题,提出孪生场景驱动的自主着陆飞行控制优化方案.首先,引入孪生技术,构建高保真场景模拟系统,采集无人机多架次安全着陆飞行数据;进而,挖掘历史安全着陆飞行经验,设计轨迹跟踪学习控制算法来抵抗低空风扰影响,并设计期望着陆轨迹在线调整策略,抑制阵风引起的无人机位姿剧烈扰动;最后,给出风扰场景下的着陆控制律及系统稳定性证明.基于孪生场景开展固定翼无人机多架次着陆飞行验证,通过与经典控制方案对比,验证了本文所提控制方法的有效性. 展开更多
关键词 固定翼无人机 自主着陆 低空风扰 学习控制 轨迹跟踪
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强风干扰下固定翼无人机“元飞行”气动建模研究
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作者 章胜 刘刚 +2 位作者 周晓雨 黄江涛 朱喆 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1235-1250,共16页
强风干扰下的复杂空气动力学给固定翼无人机的安全稳定飞行带来了严峻挑战。为提高强风干扰下固定翼无人机的环境适应能力,发展了一种创新的“元飞行”气动建模方法。不同于传统气流系下的气动建模,“元飞行”气动建模是一种元方法论建... 强风干扰下的复杂空气动力学给固定翼无人机的安全稳定飞行带来了严峻挑战。为提高强风干扰下固定翼无人机的环境适应能力,发展了一种创新的“元飞行”气动建模方法。不同于传统气流系下的气动建模,“元飞行”气动建模是一种元方法论建模技术,其采用易于测量的飞行器相对于地面坐标系的运动变量进行描述,通过隔离实际飞行中难以观测到的风干扰影响,基于高阶泰勒展开多元函数变量分解理论,构建仅与无人机自身特性相关、不同风况条件下通用的固定翼无人机空气动力共性基函数解析模型,结合在线辨识的风干扰系数函数,进而实现对飞行器飞行过程中气动力(矩)的预测。研究表明文章发展的“元飞行”气动模型可以良好地预测未知风况下固定翼无人机的气动力(矩),为实时空气动力学建模的实现奠定了良好基础。 展开更多
关键词 固定翼无人机 气动建模 强风干扰 元飞行气动模型 空气动力共性基函数
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利用固定翼无人机监测松材线虫病疫点枯死松树的初步研究 被引量:38
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作者 黄焕华 马晓航 +3 位作者 黄华毅 周宇飞 张伟 黄咏槐 《环境昆虫学报》 CSCD 北大核心 2018年第2期306-313,共8页
无人机航摄监测森林病虫害是一个新的研究热点。为探究无人机航摄在松材线虫病监测中的应用,本研究于2017年11月利用小型固定翼无人机采集了广东省河源市新丰江库区松材线虫病疫点的航摄影像,总面积1425.9 hm^2。固定翼无人机搭载了1台... 无人机航摄监测森林病虫害是一个新的研究热点。为探究无人机航摄在松材线虫病监测中的应用,本研究于2017年11月利用小型固定翼无人机采集了广东省河源市新丰江库区松材线虫病疫点的航摄影像,总面积1425.9 hm^2。固定翼无人机搭载了1台可见光数码相机和1台多光谱数码相机,能同时采集枯死松树的可见光和近红外的航摄影像。利用LAMapper软件对航摄图像进行空中三角测量和像素匹配,获得可见光正射影像和多光谱正射影像。使用ERDAS软件生成影像的归一化植被指数(NDVI)。然后将带有地理信息的完整影像自动导入GIS系统进行异常点识别和几何矫正,导出最终的影像数据。最后,对影像进行分析,并根据植被指数(NDVI)对图像进行分类。分析结果显示,航摄的疫点中共自动识别1486株枯死松树,并获得了其分布地图及坐标点位置。验证结果表明监测的准确率达到80%以上,坐标点精度达到2-3 m。本研究结果具有低成本、自动化、可靠、客观、高效和及时等优点,可为大面积监测松材线虫病的发生现状和流行动态、评估防控效果和灾害损失提供技术支撑。 展开更多
关键词 固定翼无人机 监测 松材线虫病 枯死松树
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运用跑道平面结构化线特征的固定翼无人机视觉导航算法 被引量:7
10
作者 周朗明 钟磬 +2 位作者 张跃强 雷志辉 张小虎 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期182-190,共9页
针对固定翼无人机在着陆阶段的位姿估计的问题,提出运用跑道平面结构化线特征的无人机视觉导航算法。利用单台固连在无人机上的前视相机对跑道区域进行成像,自动提取结构化线特征。在无人机降落前期利用完整的结构化线特征配置解算出无... 针对固定翼无人机在着陆阶段的位姿估计的问题,提出运用跑道平面结构化线特征的无人机视觉导航算法。利用单台固连在无人机上的前视相机对跑道区域进行成像,自动提取结构化线特征。在无人机降落前期利用完整的结构化线特征配置解算出无人机的六自由度位姿参数(偏航角、俯仰角、滚转角、纵向位置、横向位置、高度),并在无人机降落到较低高度时,利用退化的结构化线特征(跑道边缘)解算出无人机的关键位姿参数(偏航角、俯仰角、横向位置、高度)。三维实景仿真实验证明,在距离机场200 m处,无人机的距离参数精度小于0.5 m,角度参数精度小于0.1°。 展开更多
关键词 计算机视觉 固定翼无人机 着陆引导 消影点 位姿估计
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用于电力巡线的新型油动固定翼无人机设计 被引量:18
11
作者 黄世龙 顾雪平 张建成 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2014年第4期104-108,126,共6页
针对目前巡线无人机(UAV)不能兼具高速大航程、全线快速普查及故障疑似地段低速低空精细巡查的功能,以及所携带科学设备尺寸与UAV机身尺寸不匹配的问题,研制了一种可实现机翼变形和携带科学设备吊舱的新型电力巡线油动固定翼UAV。以固定... 针对目前巡线无人机(UAV)不能兼具高速大航程、全线快速普查及故障疑似地段低速低空精细巡查的功能,以及所携带科学设备尺寸与UAV机身尺寸不匹配的问题,研制了一种可实现机翼变形和携带科学设备吊舱的新型电力巡线油动固定翼UAV。以固定翼UAV为载体,对新型UAV各分系统的组成及功能进行了探讨,并对机翼变形分系统、遥控遥测分系统、科学设备吊舱分系统进行了详细设计,根据设计结果制作验证模型进行飞行试验,结果表明可以通过实时控制机翼的气动外形配合可移动科学设备吊舱保持较高的气动效率,提高飞机在巡航状态下的升力和高速飞行状态下的机动性,满足UAV在不同任务剖面上的性能要求。对比分析了所设计的UAV和一种电动固定翼UAV的优缺点,提出了新型UAV与电动固定翼UAV综合作业巡线方案。 展开更多
关键词 固定翼无人机 电力巡线 影像采集 科学设备吊舱 机翼变形
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垂直起降固定翼无人机串联混电系统优化设计 被引量:7
12
作者 陈刚 贾玉红 +2 位作者 马东立 夏兴禄 张欣 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期742-753,共12页
针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点,提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先,建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方... 针对垂直起降固定翼无人机的动力需求特点,提出了一种专用于该类无人机的串联混电系统(S-HES)优化设计方法。首先,建立了旋翼、固定翼及转换模式下的垂直起降固定翼无人机的功率需求模型和基于串联混电系统功率传递路径的混电功率解算方程,给出了计及功率约束、能量约束及电池充电的电池质量解算方法,并在大量统计数据的基础上建立了其他混电部件质量解算方程。其次,使用威兰氏线法建立了考虑发动机工作点变化的燃油消耗模型。使用柯西变异粒子群算法基于各物理数学模型在飞行剖面内的各个飞行阶段展开混电控制参数优化,从而完成垂直起降固定翼无人机的顶层设计要求向串联混电系统最佳供电策略、设计功率及质量分配方案的转化。在城市货运和山区货运2种应用场景下对所提方法进行了验证。最后,分析了优化设计结果对于不同飞行阶段性能要求的敏感性。研究结果表明:所提方法可较好地捕捉垂直起降固定翼无人机任务剖面的调整及各飞行阶段的性能要求变化对串联混电系统优化设计结果的显著影响,对垂直起降固定翼无人机的各类应用场景均具有较好的适应性。 展开更多
关键词 混电系统 垂直起降固定翼无人机 垂直起降 参数优化 总体设计
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Ku波段固定翼无人机全极化RCS统计特性研究 被引量:6
13
作者 张斌 杨勇 +2 位作者 逯旺旺 王雪松 肖顺平 《现代雷达》 CSCD 北大核心 2020年第6期41-47,共7页
目标雷达截面积(RCS)的统计特性研究是雷达进行目标检测、成像识别的基础。文中基于Ku波段固定翼无人机全极化实测数据,分析了不同频率、不同方位的无人机目标RCS在HH、VH、HV和VV极化下的均值、方差等特性。研究发现,同极化方式下无人... 目标雷达截面积(RCS)的统计特性研究是雷达进行目标检测、成像识别的基础。文中基于Ku波段固定翼无人机全极化实测数据,分析了不同频率、不同方位的无人机目标RCS在HH、VH、HV和VV极化下的均值、方差等特性。研究发现,同极化方式下无人机的RCS均值较交叉极化方式下的RCS均值大9 dBsm。为进一步定性描述RCS起伏特性的统计分布,选取12 GHz、14 GHz两个频点,以最大似然估计量为初值,通过非线性最小二乘准则对参数进行微调,实现了Ku波段不同极化方式下无人机RCS的分布特性拟合。结果表明:Gamma分布可以较好地拟合无人机同极化方式下RCS的统计分布,Weibull分布可以较好地拟合无人机交叉极化方式下RCS的统计分布。 展开更多
关键词 固定翼无人机 雷达截面积 极化 统计特性
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小型固定翼无人机自主起飞控制系统 被引量:6
14
作者 孙蓉 刘洪丹 +2 位作者 权申明 程建华 王春华 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2018年第10期89-93,97,共6页
为了能够增强小型固定翼无人机在起飞阶段的安全性和稳定性,设计了固定翼无人机自主起飞控制系统,并实现其功能。首先在三维空间内建立无人机起飞阶段的六自由度运动数学模型;根据无人机受力不同,将无人机起飞分为3个阶段,并分析每个阶... 为了能够增强小型固定翼无人机在起飞阶段的安全性和稳定性,设计了固定翼无人机自主起飞控制系统,并实现其功能。首先在三维空间内建立无人机起飞阶段的六自由度运动数学模型;根据无人机受力不同,将无人机起飞分为3个阶段,并分析每个阶段的动力学和运动学规律;搭建无人机自主起飞硬件实物平台,设计、制作并调试飞行控制板,结合无人机自身特性和控制任务要求,对所用的电机等元件进行选型以及对电路板进行焊接与底层调试。基于上述条件设计PID控制器,在有风扰动情况下对开环、闭环控制下无人机的起飞进行仿真,通过对比分析以及不断调整控制参数,以达到理想的控制效果,通过实地飞行实验,以验证该控制系统的可行性和稳定性。 展开更多
关键词 固定翼无人机 自主起飞 PID控制器
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非定常气动力对垂起固定翼无人机动力学的影响 被引量:3
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作者 吴翰 王正平 +1 位作者 周洲 王睿 《航空兵器》 CSCD 北大核心 2019年第2期21-28,共8页
由于垂起固定翼无人机结构复杂,无论是采用数值模拟得到其非定常气动力还是采用单刚体建模方法建立其动力学模型都较为困难。为了解决该问题,通过CFD数值模拟机翼翼型的迟滞环线,引入无人机俯仰运动所产生的迟滞效应,通过ONERA方程建立... 由于垂起固定翼无人机结构复杂,无论是采用数值模拟得到其非定常气动力还是采用单刚体建模方法建立其动力学模型都较为困难。为了解决该问题,通过CFD数值模拟机翼翼型的迟滞环线,引入无人机俯仰运动所产生的迟滞效应,通过ONERA方程建立无人机垂起改平飞过程的非定常气动力模型,最终基于多体动力学,将无人机划分成机翼、机身、旋翼、舵面的多刚体系统,通过凯恩方程推导并建立无人机动力学模型,通过数值仿真可以发现:多体动力学的方法适用于这类结构复杂无人机的建模,引入机翼的迟滞环对无人机的俯仰运动起阻尼作用;引入非定常气动力与未引入非定常气动力相比垂起速度存在8%的差异,垂起改平飞过程结束时两者上升速度存在40%的差异。 展开更多
关键词 垂起固定翼无人机 迟滞环 ONERA方程 多体动力学 凯恩方程
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固定翼无人机编队构型与通信拓扑优化 被引量:8
16
作者 徐星光 王晓峰 +1 位作者 姚璐 任章 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第9期2936-2946,共11页
本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系,给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法,提出了基于态势场的队形模型,采... 本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系,给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法,提出了基于态势场的队形模型,采用粒子群算法开展了队形参数优化。建立了通信网络拓扑效能指标体系,提出了通信代价模型,给出了基于Q学习的网络连通性控制算法。仿真算例验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 固定翼无人机 编队构型 通信拓扑
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基于扩展卡尔曼滤波的固定翼无人机姿态解算方法 被引量:2
17
作者 弋英民 王柯颖 +4 位作者 苑易伟 薛向宏 李余兴 刘柏均 王烨琛 《小型微型计算机系统》 CSCD 北大核心 2023年第11期2384-2391,共8页
针对传统滤波方法各自使用时准确度低、稳定性差的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的固定翼无人机姿态解算方法.在姿态角保持稳定时采用标准扩展卡尔曼滤波算法进行解算,姿态角发生剧烈变化时采用阈值法优化改进扩展卡尔曼滤波算法... 针对传统滤波方法各自使用时准确度低、稳定性差的问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的固定翼无人机姿态解算方法.在姿态角保持稳定时采用标准扩展卡尔曼滤波算法进行解算,姿态角发生剧烈变化时采用阈值法优化改进扩展卡尔曼滤波算法进行解算.改进方法在扩展卡尔曼滤波的基础上加入互补滤波器,把经过互补滤波和PI控制的误差向量补偿给陀螺仪传感器,加入动态梯度下降法对加速度计传感器的运动加速度加以抑制,将处理后的传感器数据代入扩展卡尔曼滤波方程组,用来解算固定翼无人机的三轴姿态角,可有效减小动态干扰和线性化误差,解算结果稳定性更高.与其他解算方法相比,本文用于三轴姿态角求解的姿态解算方法,静态姿态角误差小于0.6°,动态姿态角后验均方误差仅为0.01,特别是在姿态角度变化较大的时间点,本文解算的过程更加稳定和准确. 展开更多
关键词 姿态解算 扩展卡尔曼滤波 互补滤波 梯度下降法 固定翼无人机
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基于奇异摄动分解的固定翼无人机抗扰动滑模控制 被引量:1
18
作者 梅平 张豪 +2 位作者 朱涵智 苏东彦 赵迅 《南京信息工程大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2023年第6期731-740,共10页
为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建... 为了提高固定翼无人机的飞行控制精度,减少系统动态耦合和外界干扰对固定翼无人机飞行控制系统性能的影响,建立了固定翼无人机的奇异摄动模型,在此基础上提出基于干扰观测器的滑模控制方法.首先对固定翼无人机的速度和姿态进行动力学建模,将固定翼无人机的动力学模型转换为奇异摄动模型,再对奇异摄动模型进行快慢分解完成解耦,得到两个降阶非耦合子系统,即以角速度为快变量的快子系统和以速度、姿态为慢变量的慢子系统,分别对角速度回路和速度、姿态回路设计基于干扰观测器的滑模控制器.最后,采用Simulink仿真验证了基于快、慢分解的固定翼无人机滑模控制方法的可行性和有效性. 展开更多
关键词 奇异摄动法 固定翼无人机 滑模控制 干扰观测器 动力学建模
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固定翼无人机的自抗扰反步控制 被引量:16
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作者 费爱玲 李柠 李少远 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第10期1296-1302,共7页
针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为... 针对固定翼无人机姿态和速度控制中系统存在模型不确定性和外界扰动的情况,本文设计了基于扩张状态观测器的反步控制器抑制系统扰动以提高无人机的控制性能.首先建立无人机速度误差模型和姿态误差模型,其中姿态误差模型采用四元数作为变量以避免欧拉角在描述姿态时存在的奇点问题和复杂三角运算;进而设计扩张状态观测器对系统中存在的扰动进行估计,并将扰动估计值与控制器设计相结合,分别设计出姿态控制器和速度控制器来抑制扰动的影响且使无人机姿态和速度收敛到期望值.最后基于李雅普诺夫理论证明系统的稳定性.仿真结果表明,本文所设计方法能够抑制系统中存在的扰动. 展开更多
关键词 固定翼无人机 姿态控制 速度控制 扩张状态观测器 反步法 四元数
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面向小型舰船的固定翼无人机海上回收方法综述 被引量:14
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作者 谭立国 杨小艳 +1 位作者 宋申民 霍建文 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期1-10,共10页
随着现代海战向立体化、多层次的发展,舰/船载无人机着舰技术得到广泛的研究与应用.为研究舰/船载无人机着舰技术的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.无人机着舰技术是指无人机借助舰/船及机载... 随着现代海战向立体化、多层次的发展,舰/船载无人机着舰技术得到广泛的研究与应用.为研究舰/船载无人机着舰技术的发展现状及其亟需解决的关键技术难题,对目前该领域的文献进行了分析与总结.无人机着舰技术是指无人机借助舰/船及机载导引系统,以飞行控制系统为依托,按照着舰/船流程,通过舰/船及无人机拦阻装备实现满足精度要求的着舰技术.首先,概述了固定翼无人机在小型舰/船上回收技术发展历程,比较分析各种回收技术的优缺点.其次,重点阐述“飞行中制动回收”和“定点高精度回收”方式的关键技术;最后,总结了固定翼无人机小型舰船着陆技术的发展过程中亟需解决的关键技术难题,包括无人机导航系统、控制系统等技术.研究表明,舰/船载无人机着舰技术研究尚未形成成熟的解决方案,仍有许多技术难题亟需解决.本研究为中国固定翼无人机海上回收系统的方案设计提供参考. 展开更多
关键词 固定翼无人机 小型舰船 着舰 回收技术 分析与总结
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