尾座式垂直起降无人机过渡轨迹优化方法

1

作者 邹旭 刘贞报 +1 位作者 赵闻 王莉娜 《北京航空航天大学学报》 北大核心 2025年第9期3071-3085,共15页

针对目前基于传统最优化方法得到的过渡轨迹在尾座式垂直起降无人机实际飞行过程中可行性低和鲁棒性差的问题,提出一种基于过渡走廊的过渡轨迹优化方法。以一种双发尾座式垂直起降无人机为研究对象,通过分析机翼不同区域之间的迎角差异... 针对目前基于传统最优化方法得到的过渡轨迹在尾座式垂直起降无人机实际飞行过程中可行性低和鲁棒性差的问题,提出一种基于过渡走廊的过渡轨迹优化方法。以一种双发尾座式垂直起降无人机为研究对象,通过分析机翼不同区域之间的迎角差异,构建非线性动力学模型。基于倾转旋翼飞行器过渡走廊研究思路,设计一种针对尾座式垂直起降无人机的过渡走廊,并通过限制爬升速率和俯仰角速率来提高过渡走廊的可行性。通过分析模型误差对过渡走廊的影响,得到一条具有最大安全裕度的目标过渡轨迹。将过渡过程视为轨迹优化问题,求解得到最接近目标过渡轨迹且保留足够作动器裕度的最优过渡轨迹。仿真和实际飞行结果表明,所提方法能够引导飞机快速安全地完成过渡,避免出现高度增加过大、过渡时间过长及作动器饱和等不利情况。 展开更多

关键词 尾座式垂直起降无人机 动力学模型 最优化方法 过渡走廊 过渡轨迹

在线阅读 下载PDF 职称材料

垂直起降无人机螺旋桨安装位置的优化

2

作者 权文勇 刘文帅 +2 位作者 王军利 刘青正 刘强 《南方农机》 2024年第24期11-14,23,共5页

【目的】解决现有垂直起降无人机依靠舵面来进行姿态转换不稳定的问题,以满足农业低空遥感作业要求。【方法】设计了一种矢量支架。因为螺旋桨与矢量支架存在气动干扰,所以需要确定螺旋桨与矢量支架的相对位置来降低气动干扰。通过单因... 【目的】解决现有垂直起降无人机依靠舵面来进行姿态转换不稳定的问题,以满足农业低空遥感作业要求。【方法】设计了一种矢量支架。因为螺旋桨与矢量支架存在气动干扰,所以需要确定螺旋桨与矢量支架的相对位置来降低气动干扰。通过单因素试验,构建了支撑杆高的11个样本点。采用Kriging算法建立了无人机升阻比和螺旋桨推力系数与支撑杆高的模型,以最大升阻比和推力系数为目标函数,利用多目标遗传算法(MOGA)进行全局寻优。【结果与结论】最终确定支撑杆高为67.9 mm,与原始模型相比较,螺旋桨的推力系数提升了5.33%,无人机的升阻比提升了1%,垂直起降无人机螺旋桨安装位置优化后效果理想。 展开更多

关键词 垂直起降无人机 结构优化 Kriging算法 遗传算法

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

3

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

4

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

垂直起降无人机自主视觉着舰方法 被引量：2

5

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

6

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种新型垂直起降无人机纵向控制系统的研究 被引量：1

7

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

涵道式垂直起降固定翼无人机纵向稳定性研究 被引量：6

8

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

垂直起降固定翼无人机串联混电系统优化设计 被引量：7

9

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

固旋翼无人机垂直起降阶段抗风特性及其影响因素 被引量：9

10

作者 张航 宋笔锋 +1 位作者 王海峰 王耿 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期1525-1535,共11页

为了评估四旋翼固定翼垂直起降复合布局无人机(简称固旋翼无人机)垂直起降阶段的抗风性能,本文以固旋翼无人机垂直起降阶段在风场中保持稳定为基础建立了抗风特性分析方法。以某双尾撑固旋翼无人机为算例,利用所提方法分析了该无人机抗... 为了评估四旋翼固定翼垂直起降复合布局无人机(简称固旋翼无人机)垂直起降阶段的抗风性能,本文以固旋翼无人机垂直起降阶段在风场中保持稳定为基础建立了抗风特性分析方法。以某双尾撑固旋翼无人机为算例,利用所提方法分析了该无人机抗风特性及其影响因素,分析结果表明该无人机在机头来流的工况下具有很强的抗风能力,侧面来流工况下无人机抗风能力较差,可以通过增加旋翼桨盘倾角、改变旋翼电机相对于重心的位置、优化尾翼等部件的气动外形等方法来改善无人机抗风能力。飞行试验验证了所提方法的可行性和分析结果的准确性。 展开更多

关键词 四旋翼固定翼垂直起降复合布局无人机 抗风特性 影响因素 抗风能力改善

在线阅读 下载PDF 职称材料

倾斜摄影与近景摄影相结合的山地城市实景三维精细化重建与单体化研究 被引量：82

11

作者 连蓉 丁忆 +3 位作者 罗鼎 魏文杰 李朋龙 林熙 《测绘通报》 CSCD 北大核心 2017年第11期128-132,共5页

无人机倾斜摄影实景三维模型是一种能够对复杂山地环境较好感知和表达的有效手段之一。本文针对复杂山地城市开展倾斜摄影实景三维存在的问题,提出了适应于山地区域的多尺度的影像获取策略,并通过与近景摄影测量融合建模的方法,实现了... 无人机倾斜摄影实景三维模型是一种能够对复杂山地环境较好感知和表达的有效手段之一。本文针对复杂山地城市开展倾斜摄影实景三维存在的问题,提出了适应于山地区域的多尺度的影像获取策略,并通过与近景摄影测量融合建模的方法,实现了对山地城市倾斜摄影实景三维模型精细化建模的目的;同时,对实景三维模型的单体化方法进行了介绍及对比分析,对后期山地城市开展倾斜摄影提供了一定的技术参考。 展开更多

关键词 山地城市 垂直起降无人机 实景三维模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

涵道风扇飞行器飞行控制技术与分类 被引量：1

12

作者 MANZOOR Tayyab 夏元清 +1 位作者 ALI Yasir HUSSAIN Khurram 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期201-221,共21页

飞行控制设计的最新进展提高了复杂自主飞行器完成各类任务的能力.在各类垂直起降飞行器中,涵道风扇飞行器(DFAVs)是一种非常重要的尾座式飞行器,其运动和驱动部件由称为涵道的环形机身所屏蔽.这一结构使得其能够很好地保护飞行器自身... 飞行控制设计的最新进展提高了复杂自主飞行器完成各类任务的能力.在各类垂直起降飞行器中,涵道风扇飞行器(DFAVs)是一种非常重要的尾座式飞行器,其运动和驱动部件由称为涵道的环形机身所屏蔽.这一结构使得其能够很好地保护飞行器自身和操作人员的安全,让飞行器能够在狭窄、杂乱和危险的环境中飞行.此外,DFAVs具有固定翼飞机和直升机的特点,能够同时展现它们的优良特性,如长时居高监视能力和大有效载荷能力.本文是关于DFAVs的第1篇综述论文,旨在概述与其相关的几个方面的最新进展.首先,综述了世界范围内开发的此类飞行平台的历史与分类,并总结了它们的优缺点.然后,介绍了用于控制这些飞行器的多种控制方法.最后,给出总结,并讨论了现存的挑战,以及新的研究趋势. 展开更多

关键词 飞行控制 飞行动力学 尾座式 垂直起降无人机

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于空间两点的视觉自主着陆导引算法设计

13

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

在线阅读 下载PDF 职称材料