坐式垂直起降无人机的一种姿态解算算法的设计 被引量：1

1

作者 刘东辉 奚乐乐 +2 位作者 牛孟然 孙晓云 石楠 《河北科技大学学报》 CAS 2016年第1期47-51,共5页

固定翼模式水平飞行的坐式垂直起降无人机克服了传统固定翼无人机起降条件要求高的缺点,继承了其总体效率高的优点,拥有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景。坐式垂直起降无人机在起降阶段姿态变化范围大,所使用的姿态传感器在俯仰方... 固定翼模式水平飞行的坐式垂直起降无人机克服了传统固定翼无人机起降条件要求高的缺点,继承了其总体效率高的优点,拥有巨大的发展潜力和非常广阔的应用前景。坐式垂直起降无人机在起降阶段姿态变化范围大,所使用的姿态传感器在俯仰方向的角度变化超过90°时,根据四元数转换出的欧拉角会出现奇异点,即万向节死锁。从解算算法出发,提出了一种更改旋转顺序的方法,避免奇异点出现。结果表明,此方法可以很好地应用在垂直起降无人机的姿态解算上。 展开更多

关键词 飞行器控制 坐式垂直起降无人机 姿态测量 四元数 欧拉角 万向节死锁

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固定翼垂直起降无人机过渡机动优化控制分配研究 被引量：6

2

作者 刘真畅 唐胜景 +2 位作者 李梦婷 王肖 郭杰 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期314-325,共12页

以一种固定翼垂直起降无人机为研究对象,研究其6自由度过渡机动非线性优化控制分配问题。基于增量动态逆(INDI)方法设计全局化控制器,并利用该方法降低控制模型中的不确定性对控制效果的影响。针对无人机控制冗余和耦合问题,在INDI基础... 以一种固定翼垂直起降无人机为研究对象,研究其6自由度过渡机动非线性优化控制分配问题。基于增量动态逆(INDI)方法设计全局化控制器,并利用该方法降低控制模型中的不确定性对控制效果的影响。针对无人机控制冗余和耦合问题,在INDI基础上提出一种2级递进式优化控制分配方法,对航迹和姿态控制回路中的控制变量增量进行综合优化分配。该优化控制分配方法可以将非线性耦合控制分配问题转化为线性优化问题求解,避免了迭代计算,同时提高了求解速率。针对优化分配中的目标函数设计动态权值选取方案,使无人机能够根据任务需求和飞行状态调整优化分配侧重方向并确保优化结果的合理性。仿真结果表明,该无人机能够很好地跟踪过渡机动航迹,控制分配方法可行。 展开更多

关键词 固定翼垂直起降无人机 过渡机动 优化控制分配 增量动态逆 直接力控制 动态加权伪逆法

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垂直起降无人机自主视觉着舰方法 被引量：1

3

作者 林海威 王彪 +1 位作者 唐超颖 徐贵力 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2023年第4期67-73,共7页

考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性,提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端,利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题,利用Tau理论实时规划... 考虑垂直起降无人机着舰问题的特殊性,提出了一种基于机载视觉的自主着舰方案。突破了传统2D光流测速的弊端,利用图像球面光流估计出目标舰船的三维速度矢量。为解决传统位置控制方案对着落轨迹精度控制不足的问题,利用Tau理论实时规划出一条满足着舰软着落约束条件的期望轨迹,最终以无人机三维飞行速度矢量作为控制量设计了轨迹跟踪控制器。基于Unity3D软件开发视景仿真环境,模拟不同海况条件,对所设计系统进行了半实物闭环仿真验证。与传统轨迹规划方案相比,所提方法无需复杂优化迭代计算,能同时满足着舰的实时性和精确性需求。 展开更多

关键词 垂直起降无人机 视觉着舰 球面光流 Tau理论

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新概念垂直起降无人机动力学建模与控制仿真 被引量：2

4

作者 张峻渤 杨靖宇 唐寅峰 《沈阳航空航天大学学报》 2020年第6期20-27,共8页

基于一种新概念垂直起降无人机,推导了无人机的六自由度动力学方程与运动学方程,建立了无人机的非线性数学模型。其次,基于非线性数学模型并结合全局快速Terminal滑模控制方法,设计了无人机的高度和姿态控制器,建立了无人机仿真控制系... 基于一种新概念垂直起降无人机,推导了无人机的六自由度动力学方程与运动学方程,建立了无人机的非线性数学模型。其次,基于非线性数学模型并结合全局快速Terminal滑模控制方法,设计了无人机的高度和姿态控制器,建立了无人机仿真控制系统。仿真结果表明,与普通滑模控制方法及传统PID方法进行对比,全局快速Terminal滑模控制方法控制精度更高,响应速度更快,鲁棒性更好,采用全局快速Terminal滑模控制方法可有效对无人机的滚转角、俯仰角、偏航角和高度进行精准控制。 展开更多

关键词 垂直起降无人机 动力学方程 数学模型 全局快速Terminal滑模控制 仿真控制系统

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复合翼垂直起降无人机直驱混合动力系统验证设计与试验建模方法

5

作者 郑育行 张勋 +2 位作者 安斯奇 唐庆如 张启悦 《内燃机工程》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期77-89,共13页

针对传统复合翼垂直起降(vertical take-off and landing,VTOL)无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)垂直机动时间短的固有缺陷,提出了一种应用油电混动技术的直驱混合动力系统拓扑结构。面向起飞质量约15~20 kg的复合翼垂直起降无人机... 针对传统复合翼垂直起降(vertical take-off and landing,VTOL)无人机(unmanned aerial vehicle,UAV)垂直机动时间短的固有缺陷,提出了一种应用油电混动技术的直驱混合动力系统拓扑结构。面向起飞质量约15~20 kg的复合翼垂直起降无人机对直驱混合动力系统的软硬件进行开发与选型,设计出了满足上述起飞质量下功率需求的直驱混合动力系统。为对动力系统的设计方法进行验证并在探究其特性规律的基础上建立简化的直驱混合动力系统数学仿真模型,搭建了能够在地面模拟搭载直驱混合动力的复合翼垂起无人机飞行工况与工作模式的直驱混合动力系统地面一体化验证平台。基于此验证平台,设计了直驱混合动力系统特性一体化探究试验方案,采用试验建模法建立了简化的直驱混合动力系统的稳态与动态数学仿真模型,通过仿真与实物对比试验分析法,验证了试验方案的可行性与模型准确性。直驱混合动力系统配装复合翼垂直起降无人机搭建飞行验证平台并完成垂直机动飞行试验,试验过程中,全系统工作正常,飞行验证平台垂直机动时间超过预期指标。飞行试验结果表明,直驱混合动力系统设计方法是正确且有效的,动力系统具有良好的功率输出表现,能够改善复合翼垂起无人机垂直机动时间短的固有缺陷。 展开更多

关键词 垂直起降 无人机 复合翼垂直起降无人机 直驱混合动力系统拓扑结构 油电混动 动力系统一体化验证平台 试验建模法 飞行验证平台

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一种新型垂直起降无人机纵向控制系统的研究 被引量：1

6

作者 张红梅 刘昌镇 徐光延 《火力与指挥控制》 CSCD 北大核心 2018年第11期53-57,共5页

重点介绍了一种新型垂直起降无人机(VTOL UAV)纵向控制系统的设计与仿真。以建立的VTOL UAV飞行动力学系统模型为基础,将系统动力学解耦到纵向和横向动力学模型。将传统控制理论与现代控制理论相结合,充分利用PID控制器原理简单、适应性... 重点介绍了一种新型垂直起降无人机(VTOL UAV)纵向控制系统的设计与仿真。以建立的VTOL UAV飞行动力学系统模型为基础,将系统动力学解耦到纵向和横向动力学模型。将传统控制理论与现代控制理论相结合,充分利用PID控制器原理简单、适应性强,线性二次型(LQR)调节器能改善内回路的动态特性和稳态性的特点,针对姿态角速度设计了内环LQR控制,针对姿态角设计了外环PID控制的双回路闭环控制器。所得到的控制器在MATLAB/SIMULINK环境中进行了仿真。仿真结果表明所设计的控制器是有效的,实现了对垂直起降无人机的纵向控制。 展开更多

关键词 垂直起降无人机 纵向控制 PID 线性二次型调节器(LQR) 双回路控制

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垂直起降无人机涵道螺旋桨地面效应研究

7

作者 周煜 陈伟政 《水下无人系统学报》 2023年第6期942-948,共7页

近年来,涵道螺旋桨作为一种性能优异的推进器被广泛应用于各种垂直起降无人机中,但国内关于其地面效应的研究还较少。针对此,文中使用了基于雷诺平均Navier-Stokes方程和多重参考坐标系的求解方法,通过数值仿真分别计算了不同离地高度... 近年来,涵道螺旋桨作为一种性能优异的推进器被广泛应用于各种垂直起降无人机中,但国内关于其地面效应的研究还较少。针对此,文中使用了基于雷诺平均Navier-Stokes方程和多重参考坐标系的求解方法,通过数值仿真分别计算了不同离地高度下,3种不同桨叶数的涵道螺旋桨各部件所受力和力矩的变化情况。并结合计算流体动力学计算结果分析了气动特性变化机理,结果表明在近地高度达到一定值时,涵道螺旋桨的气动特性发生显著变化,螺旋桨部分升力增大但涵道部分升力减小,系统整体所受反扭矩增加。最终量化成升力系数、功率系数和品质因子的变化,发现随着离地高度的降低,功率系数明显增大,涵道螺旋桨的升力系数和品质因子的变化与螺旋桨桨叶数有关。由此得到了地面效应对涵道螺旋桨气动特性影响的初步结论。 展开更多

关键词 垂直起降无人机 涵道螺旋桨 地面效应 气动特性

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垂直起降固定翼无人机发展现状与技术要点分析

8

作者 王磊平 汪新伟 《消费电子》 2025年第7期64-66,共3页

为推动无人机领域进步,在军用和民用领域发挥垂直起降固定翼无人机的最大价值,文章围绕此类无人机的发展现状和关键技术进行分析,从飞控系统、混合动力系统等多个角度探讨垂直起降固定翼无人机的技术要点。研究认为,垂直起降固定翼无人... 为推动无人机领域进步,在军用和民用领域发挥垂直起降固定翼无人机的最大价值,文章围绕此类无人机的发展现状和关键技术进行分析,从飞控系统、混合动力系统等多个角度探讨垂直起降固定翼无人机的技术要点。研究认为,垂直起降固定翼无人机在研发和使用过程中,各类技术要点的应用直接影响无人机的功能和作用。通过严格把控各项技术的应用要点,合理选择技术手段和设置相关参数,有利于发挥无人机在机动性、巡航速度、巡航时长等方面的优势,更好地满足不同领域对垂直起降固定翼无人机的使用需求,实现此类无人机的最大应用价值。 展开更多

关键词 垂直起降固定翼无人机 发展现状 技术要点

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垂直起降固定翼无人机混合动力系统参数匹配

9

作者 任旭东 邓涛 +2 位作者 杜童 董鑫 居婷 《航空工程进展》 CSCD 2024年第4期56-63,共8页

燃料电池无人机因其效率高、排放无污染、能量密度高等优点,成为绿色航空研究的热点。燃料电池混合动力系统参数匹配对无人机经济、环保和效率有重要影响。某垂直起降固定翼无人机采用燃料电池+锂离子电池混合动力系统,根据技术指标,对... 燃料电池无人机因其效率高、排放无污染、能量密度高等优点,成为绿色航空研究的热点。燃料电池混合动力系统参数匹配对无人机经济、环保和效率有重要影响。某垂直起降固定翼无人机采用燃料电池+锂离子电池混合动力系统,根据技术指标,对该无人机动力系统各部件进行选型。首先设计燃料电池混合动力系统拓扑结构,对混合动力系统中燃料电池、锂电池、无刷直流电机、螺旋桨、单向DC/DC变换器进行参数匹配;然后根据任务剖面创建负载功率,最后运用有限状态机能量管理控制策略,对混合动力系统进行MATLAB/Simulink仿真分析。结果表明:所设计的燃料电池混合动力系统能很好地满足飞行负载需求和飞行过程中的工况变化,实现了零排放飞行。 展开更多

关键词 垂直起降固定翼无人机 混合动力系统 参数匹配 能量管理

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涵道式垂直起降固定翼无人机纵向稳定性研究 被引量：5

10

作者 王春阳 周洲 +1 位作者 王睿 王科雷 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期712-720,共9页

针对涵道式垂直起降固定翼无人机飞行过程中的悬停和过渡2个飞行状态,进行了纵向飞行稳定性研究。根据叶素动量理论结合实验数据,建立了基于特征截面计算的共轴双旋翼涵道气动力模型和推力涵道气动力模型,模型参数依照实验数据进行辨识... 针对涵道式垂直起降固定翼无人机飞行过程中的悬停和过渡2个飞行状态,进行了纵向飞行稳定性研究。根据叶素动量理论结合实验数据,建立了基于特征截面计算的共轴双旋翼涵道气动力模型和推力涵道气动力模型,模型参数依照实验数据进行辨识;根据六自由度方程建立带推力涵道偏转的无人机飞行动力学模型;以建立的模型方法对案例无人机进行了悬停和过渡状态的纵向平衡求解和稳定性分析,并与悬停实验结果进行了比较。结果显示所建结合涵道动力模型的无人机飞行动力学模型能够准确地描述此类飞行器的纵向飞行稳定性。 展开更多

关键词 共轴双旋翼 涵道风扇 垂直起降无人机 过渡过程 纵向稳定性

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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

11

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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垂直起降固定翼无人机技术发展及趋势分析 被引量：21

12

作者 王科雷 周洲 +5 位作者 马悦文 杜万闪 郭佳豪 李旭 张阳 孙蓬勃 《航空工程进展》 CSCD 2022年第5期1-13,共13页

垂直起降固定翼无人机具有对起降场地要求低、机动性好、巡航速度高、航时长等优势,是目前航空领域研究热点。本文阐述了国内外现有垂直起降固定翼无人机研究现状和基本特征,详细分析了不同类型垂直起降固定翼无人机的技术特点,提出更... 垂直起降固定翼无人机具有对起降场地要求低、机动性好、巡航速度高、航时长等优势,是目前航空领域研究热点。本文阐述了国内外现有垂直起降固定翼无人机研究现状和基本特征,详细分析了不同类型垂直起降固定翼无人机的技术特点,提出更高的飞行速度、更长的续航时间、更强的任务载荷能力将是未来垂直起降固定翼无人机技术的主要发展方向和必然趋势。尽管倾转旋翼式和尾座式仍是当今垂直起降固定翼无人机主流构型,但基于分布式电推进的高速垂直起降固定翼无人机技术将成为未来航空领域新热点,给出进一步加强对垂直起降固定翼无人机新构型、新原理的探索性研究的建议。 展开更多

关键词 垂直起降固定翼无人机 发展现状 倾转旋翼式 尾座式 分布式电推进

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基于风险管控的城市空中交通无人机路径规划 被引量：4

13

作者 李若恒 邵荃 董敏 《航空计算技术》 2021年第2期73-77,共5页

为保证电动垂直起降无人机在城市空中交通中的飞行安全,提出了一种考虑安全裕度的城市环境模型建立方法,在此基础上设计了融合人员密度因素的垂直起降无人机路径规划环境,并提出了量化无人机航迹对地面人员风险的路径风险评估模型。采... 为保证电动垂直起降无人机在城市空中交通中的飞行安全,提出了一种考虑安全裕度的城市环境模型建立方法,在此基础上设计了融合人员密度因素的垂直起降无人机路径规划环境,并提出了量化无人机航迹对地面人员风险的路径风险评估模型。采用A*算法对无人机在普通城市环境模型中和融合地面人员密度因素的城市环境模型中的路径进行求解。仿真结果表明,融合地面人员密度因素的城市环境模型下的路径规划可以使垂直起降无人机有效规避人员密度相对较高的区域,降低无人机对地面人员伤害的风险。 展开更多

关键词 城市空中交通 垂直起降无人机 A*算法 无人机风险管控

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基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计

14

作者 魏祥灰 唐超颖 王彪 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期357-365,共9页

为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方... 为提高无人机着陆效率,从着陆速度向量场和导引律设计两方面研究改进。首先,基于椭圆设计速度向量场,实现飞行路程更短、机动性能要求更低的着陆轨迹。然后,基于像素坐标系与机体坐标系的关系,设计无人机的航迹方位角指令;以椭圆切线方向为参考,结合合作矢量特征,设计航迹倾斜角指令;利用图像信息,设计速度大小指令。最后,理论比较了传统轨迹与提出轨迹对方向机动性性能的要求,给出了轨迹参数与无人机方向机动性性能的关系。利用Simulink搭建系统仿真平台,计算满足要求的合作矢量特征。结果表明,无人机以曲线轨迹准确软着陆到目标,满足实际运用的需要。 展开更多

关键词 垂直起降无人机(VTOL UAV) 自主着陆 视觉导引律 速度向量场 方向机动性能

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